АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Аппаратура для исследования остаточных напряжений

(плоские образцы)

На рис.4.34 представлена схема установки для исследования остаточных напряжений на плоских образцах. Установка состоит из текстолитового корпуса 1, на котором с помощью текстолитовых планок 3,4 прикреплена стальная пластинка 2 толщиной Δ=0,5 мм. На этой пластинке наклеены два тензодатчика. Отводы от тензодатчиков к электросхеме выполнены экранированными проводами 5. Испытуемый образец 13 в виде пластинки общей длиной l =70 и шириной 5÷15 мм с помощью текстолитовых пластинок 6 и 7 двух болтов 8 прикрепляется к корпусу.

Рис.4.34. Схема установки для исследования остаточных напряжений на плоских образцах

Текстолитовая пластинка 6 подбирается такой толщины, чтобы после укрепления образца стальная пластинка 2 с тензодатчиками получила в месте контакта начальный прогиб мм. После укрепления пластинки ее сторона, обращенная к корпусу, боковые поверхности, болты 8, токопроводящий винт 12 и часть поверхности, обращенной к экрану (катоду) 9, покрываются тонким слоем хлорвинилового лака. Непокрытой остается лишь часть пластины длиной мм (отсчет от края пластинки 7). Корпус 1 и экран 9, поддерживающий свинцовую пластинку 10, укрепляются на двух токопроводящих штангах 11. К одной штанге, имеющей металлическую связь с испытуемым образцом от выпрямителя через токопроводящую шину подводится плюсовой полюс. Ко второй штанге, контактирующей со свинцовой пластинкой 10, подается минусовой полюс. Вся система опускается в ванну с электролитом. Уровень электролита должен быть таким, чтобы покрытая лаком поверхность испытуемого образца была полностью погружена. В то же время пластинка 2 не должна касаться поверхности электролита.

В процессе электрополирования режим необходимо выбирать таким, чтобы плотность тока не превышала 15÷20 ампер на квадратный дециметр. При такой плотности тока и объеме электролита около 10 литров температура его в процессе электрополирования практически не изменяется. Концентрация теплоты в зоне электрополирования устраняется перемешиванием электролита.

Для жаропрочных сплавов на никелевой основе процесс электрополирования идет удовлетворительно в электролите следующего состава, %

ортофосфорной кислоты….65

серной кислоты……………15

воды…………………………12

глицерина………………….....7

хромового ангидрида……...0,5

сернокислого железа………0,5

Регистрация прогиба образца и балочки 2 с тензодатчиками осуществляется с помощью специальной аппаратуры.

Градуировка прибора производится следующим образом. В подготовленные отверстия корпуса 1 (рис.4.34) вворачиваются три специальные металлические ножки 14 и регулировочный винт 15 (рис.4.35). В таком виде приспособление устанавливается на стол вертикального длинномера. Мерительная ножка длиномера долж­на касаться испытуемого образца в точке, лежащей на оси винта 15. Расстояние между краем прижимной пла­стинки 7 и осью винта 15 равно (30 мм). Поворотом регулировочного винта 15 осуществляется прогиб испы­туемой пластинки. Таким образом, устанавливается це­на деления шкалы прибора. Градуировку необходимо производить только при настройке прибора и в случае проверки его стабильности. Для определения углов на­клона касательных на графике необходимо иметь данные о величине стравленного слоя во времени. При неизменной температуре электролита скорость трав­ления, как показывают опыты, примерно постоянна. Ис­ходя из этого, толщина снятого слоя в минуту опреде­ляется на основании обмеров толщины образца или взве­шивания до и после травления и соответствующих под­счетов.

Для расчета напряжения по формуле (4.25) необ­ходимо иметь данные изменения стрелки прогиба . Стрелка прогиба определяется исходя из следующего.

На рис.4.36. показана условная схема испытуемой пластинки с изображением прогибов, возникающих в процессах градуировки и электроотравления. Под действием сосредоточенной силы Р, прилагаемой при градуировке, в точке А пластинка прогибается на величину . В направлении замера электросхемой прогибу будет соответствовать прогиб . Прогиб складывается из прогиба и величины .

Величина является результатом поворота части пластинки вокруг точки А. Величины и могут быть вычислены по следующим формулам:

.

Суммарный прогиб будет равен:

. (4.26)

При травлении снимаются слои металла с одинаковыми напряжениями вдоль размера . Поэтому линия изгиба будет иметь характер, отличный от линии изгиба, возникающей в результате действия сосредоточенной силы при градуировке.

Рис.4.35. Схема градуировки прибора по деформации плоских образцов.

При травлении за счет снятия напряженных слоев на участке пластинка прогнется подобно тому, как это имело бы место в случае нагружения ее постоянным моментом определенной величины. В этом случае суммарный прогиб (рис4.36.) может быть определен из следующего выражения:

. (4.27)

Для расчета стрелки прогиба (рис.4.37) необходимо момент М в зависимости связать с силой Р, прилагаемой к испытуемой пластинке в процессе градуировке.

Указанная связь определится из условия

.

Приравнивая выражения (4.25) и (4.26). Получим

.

В установке (4.34) используются пластинки с размерами см и см. После подстановки значений и получим

. ()

Рис.4.36. Схема прогибов испытуемого образца.

При градуировке находится связь между прогибами испытуемой пластинки и показаниями прибора. Имея величину прогиба , можно посчитать силу Р, которая вызывает этот прогиб. Очевидно,

.

Подставим значение силы Р в зависимость для момента (), получим

.

Прогиб пластинки в точке А (рис.37) под действием постоянного момента М будет равен

,

или

После соответствующих сокращений с учетом того, что см, получим

.

Как видно из рис.38. стрелка с учетом малости унла поворота определяется на основании разности

, ()

где

.

Рис.4.37. Определение стрелки прогиба

Зависимость (30) может быть приведена к более простому виду, как это показано ниже:

,

откуда

.

Таким образом, для определения стрелки прогиба нужно знать величину .

4.12. Аппаратура для исследования остаточных напряжений

(круглые образцы)

Испытуемое кольцо 2 (рис.39) после механической обработки и разрезки по образующей закрепляется в кольцевом вырезе держателя 3. Предварительно на кольце укрепляется лапка 4. Кольцо фиксируется таким образом, чтобы после его укрепления под действием шарика, вмонтированного в лапке, пластинчатая пружина 5 с наклеенными датчиками получила прогиб в месте касания, равный примерно мм. В таком положении держатель 3 с помощью двух винтов укрепляется в корпусе 6.

Рис.4.38. Схема установки для исследования остаточных напряжений на круглый образцах.

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса армирована свинцовой пластинкой 7 (катод). Токоподводящие штанги 1 имеют металлическую связь с держате­лем 3 и свинцовой пластинкой 7. К штанге, связанной с держателем, с помощью шины от выпрямителя подводит­ся плюсовой полюс. Минус подсоединяется ко второй штанге.

Перед тем как держатель с кольцом прикрепляется к корпусу, все поверхности кольца, кроме нижней полови­ны по наружному диаметру, покрываются хлорвинило­вым лаком. В процессе электрополирования, вследствие удаления слоев с остаточными напряжениями, кольца деформируется. Деформация кольца передается, на пла­стинчатую пружину 5, прогибая ее. Этот прогиб фикси­руется электросхемой, с электронной аппаратурой.

Цена деления шкалы прибора определяется градуи­ровкой по схеме, показанной на рис.40.

Рис.4.39. Схема градуировки прибора по деформации кольца

Держатель с ук­репленным кольцом устанавливается в градуировочном приспособлении. Приспособление состоит из плиты 1, упора 2, специальной рамки 3, прижимного и установоч­ного винтов 4 и 5, регулировочного винта 6, призматиче­ской планки 7 и двух шариков, запрессованных по краям рамки. При наладке приспособления рамка вводится; внутрь кольца и с помощью винта 4 через шарик прижи­мает его к упору 2. Относительное расположение кольца и рамки показано на схеме. При вращении регулировоч­ного винта 6 шарик, запрессованный в верхней полке рам­ки 3, упирается в кольцо и разводит его. При противопо­ложном вращении винт 6 прижимает к наружному диа­метру кольца призматическую планку 7. В этом случае кольцо деформируется в направлении уменьшения его диаметра.

Все приспособление устанавливается на стол верти­кального длиномера. Меритель длиномера 8 про­ходит через отверстие в призматической планке 7 и ка­сается наружной поверхности кольца.

Как видно из схемы, деформирование кольца и изме­рение этой деформации осуществляется в направлении, диаметра. Цена деления шкалы прибора при исследова­ниях на круглых образцах подобрана равной С =0,5 мк.

При точении легированных сталей остаточные напряжения имеют характер растягивающих. Для уменьшения интенсивности растягивающих напряжении необходимо применять инструменты с отрицательными передними углами.

Оптимальное значение переднего угла равно γ= -10°. Увеличениe или уменьшение его приводит к уве­личению тангенциальных остаточных напряжений. Если не примять соответствующих мер, то уменьшение перед­него угла увеличивает глубину проникновения остаточных напряжений. Наиболее хорошие результаты могут быть достигнуты применением резцов с двойной передней гранью. Такие резцы дают возможность получить по­верхности с уровнем максимальных значений остаточ­ных напряжений, характерным для отрицательных пе­редних углов, а глубину проникновения выдержать на уровне, характерном для положительных резцов.

На остаточные напряжения влияет также и острота режущих кромок. При обработке жаропрочных матери­алов увеличение износа по задней поверхности выше ω > 0,3 мм не рекомендуется.

На интенсивность и глубину проникновения оста­точных напряжений оказывает влияние не только гео­метрия инструмента, но и режим резания. С увеличени­ем скорости резания максимальные значения остаточ­ных напряжений увеличиваются. Это связано как с уменьшением угла трения за счет повышения температу­ры, так и с влиянием самой температуры. Уменьшение скорости приводит одновременно к уменьшению макси­мальных значений тангенциальных остаточных напря­жений растягивающего знака и увеличению глубины проникновения их, а также к увеличению сжимающих остаточных напряжений (на поверхности) с повышени­ем их глубины проникновения. Такой характер изменения остаточных напряжений повышает усталостную прочность.

Весьма значительное влияние на остаточные напря­жения оказывает подача. С увеличением последней ос­таточные напряжения повышаются.

При точении малопластичных материалов типа титановых сплавов формируются остаточные напряже­ния сжимающего знака. С увеличением температуры ре­зания наблюдается тенденция к изменению знака оста­точных напряжений. Наведение остаточных напряже­ний растягивающего знака при высокотемпературных режимах (шлифование) приводит к уменьшению уста­лостных характеристик. Поэтому может быть рекомен­довано применение топкого точения взамен шлифова­ния.

В условиях попутного цилиндрического фрезеро­вания создается такое напряженное поле, при котором па обработанной поверхности возникают остаточные на­пряжения сжатия. Изменением режима резания и переднего угла можно регулировать интенсивность остаточ­ных напряжений. Изменением угла наклона спирали на фрезе - регулировать соотношения между осевыми и тангенциальными остаточными напряжениями.

При торцовом фрезеровании закономерности возник­новения и изменения остаточных напряжений аналогич­ны таковым при точении.

При высокотемпературных режимах (шлифова­ние) температура резания, воздействуя на поверхност­ные слои обрабатываемого материала, приводит к теп­ловым эффектам. В зависимости от обрабатываемого материала тепловой эффект дополнительно наводит ча­ще всего растягивающие остаточные напряжения. Для уменьшения интенсивности остаточных напряжений про­цесс обработки необходимо строить по схеме попутного шлифования, то есть направление вращения камня и де­тали должно быть противоположным.

Кроме того, необходимо применять такие режимы резания и методы охлаждения, при которых температур­ный эффект был бы минимальным.

При шлифовании закаленной стали перлитно-ферритного класса необходимо уменьшать температуру ре­зания и одновременно увеличивать скорость охлажде­ния, что повышает процент тетрагонального мартенсита во вторично закаленном слое. В этом случае остаточные напряжения, возникающие вследствие фазовых превра­щений, будут сжимающими.

Остаточные напряжения должны учитываться при назначении межоперационных припусков. Если на обра­батываемых поверхностях в предварительных операциях возникли тангенциальные остаточные напряжения оди­наковых знаков, то в последующих операциях межоперационные припуски будут минимальными при условии, что напряжения па обрабатываемых поверхностях будут одновременно или увеличиваться или уменьшаться. Для поверхностей с разноименными знаками остаточных нап­ряжений необходимо, чтобы в последующих операциях на одной поверхности остаточные напряжения увеличива­лись (уменьшались), а на противоположной уменьшались (увеличивались).

Наиболее благоприятный вариант имеет место тогда, когда тангенциальные остаточные напряжения на проти­воположных поверхностях в процессе последующей обра­ботки будут изменяться на одну и ту же величину по аб­солютным значениям.

При применении процессов термической обработки или электрополирования с целью уменьшения остаточных напряжений необходимо учитывать, что минимальные поводки (коробление, закрутка) будут в случае, когда предварительными операциями создаются поверхности с одинаковыми знаками и одинаковыми интенсивностями остаточных напряжений.

Дата добавления: 2015-01-18 | Просмотры: 964 | Нарушение авторских прав