Основы технологии машиностроения комплекс учебнометодических материалов
 Скачать 1.21 Mb.
|
|
Рис. 123. Виброгаситель для гашения низкочастотных колебаний: 1 деталь; 2 масло; 3 дроссель-демпфирующее устройство Виброгаситель Рожкова, или динамический (рис. 124), устанавливается на инструменте, применяется для гашения высокочастотных колебаний.  Рис. 124. Виброгаситель Рожкова, или динамический: 1 болт; 2 стакан; 3 крышка; 4 пружина Для борьбы с вибрацией могут применяться пружинные резцы (рис. 125).
Смысл работы пружинного резца сводится к следующему: при обработке резец в силу своей конструкции при наличии колебаний будет снимать стружку равномерной толщины, при равномерной толщине стружки, колебания сил, поддерживающих вибрацию, будут меньше, что приводит к уменьшению вибраций. При обработке жестким резцом (рис. 126) стружка снимается неравномерной толщины, что будет причиной наличия колебания сил и соответственно поддержания вибраций. Связь между точностью и шероховатостью обрабатываемой поверхности. Если поверхности деталей являются декоративными, то связи между точностью и шероховатостью нет. Если поверхности деталей являются рабочими и причём точными, то в этом случае обязательно имеет место связь точности и шероховатости поверхности. Поверхности, обрабатываемые в основных этапах, характеризуются нормативными характеристиками Rан Rан =0,05 Тр; Rан =0,1 Тб; Rан =0,15 Тф. (53) Для поверхностей, обрабатываемых в отделочных этапах, эти соотношения примут вид Rа <0,05 Тр; Rа <0,1 Тб; Rа <0,15 Тф, (54) где Rа – значение шероховатости поверхности по чертежу. 3.7.3. Физико-механические свойства поверхностного слоя Упрочнение (наклёп) В процессе обработки в зоне резания возникают большие давления и значительные температуры. Под действием усилий в зоне резания происходит пластическая деформация, вызывающая повышение прочности, твёрдости, хрупкости, снижение пластичности и вязкости. Обычно упрочнение металла поверхностного слоя характеризуется его микротвёрдостью Нd. Под действием образующейся температуры одновременно с упрочнением поверхностного слоя происходит его разупрочнение. Конечное состояние поверхностного слоя зависит от преобладания того или иного процесса. Глубина проникновения наклёпа зависит от действующих усилий, степени пластической деформации металла поверхностного слоя и от материала детали. Влияние элементов режима резания на упрочнение. Изменение режима резания, связанное с изменением усилий резания и степени пластической деформации, всегда ведет к изменению степени наклёпа поверхностного слоя. При увеличении подачи, глубины резания, увеличении радиуса округления режущей кромки, с переходом переднего угла от положительных к отрицательным значениям, упрочнение поверхностного слоя увеличивается, так как в этих случаях степень пластической деформации увеличивается в связи с увеличением сил резания (рис. 127 и рис.128). Рис. 127. Влияние радиуса округления r и подачи (S1>S2>S3>S4) на упрочнение поверхностного слоя
При изменении скорости резания состояние поверхностного слоя будет зависеть от продолжительности действия сил резания и теплового фактора. При малых скоростях резания образующегося количества теплоты недостаточно для разупрочнения поверхностного слоя, поэтому упрочнение относительно большое, с увеличением скорости резания уменьшается продолжительность действия сил резания и вследствие увеличения сил трения увеличивается выделенное количество теплоты, что способствует разупрочнению металла (рис. 129). Изменение режимов резания и геометрических параметров, связанное с увеличением силового фактора, приводит к увеличению упрочнения. С другой стороны, изменение параметров обработки, связанное с увеличением температурного фактора, приводит к уменьшению упрочнения. Окончательный результат зависит от преобладания того или иного фактора. Предположим, для некоторого процесса обработки выявлены графики изменения температурного и силового P факторов при различных скоростях резания (рис. 130). Проанализируем соотношения факторов и P для определённых скоростей резания V1 и V2 . При скорости резания V1 преобладающим фактором является силовой (рис. 130, б), значит, в поверхностном слое образуется упрочнение (рис. 131). При скорости резания V2 преобладающим фактором является температурный (рис. 130, а), значит, в поверхностном слое образуется разупрочнение (рис. 131). Соединяя некоторые произвольно взятые значения упрочнения и разупрочнения (рис 131), получим линию, отражающую тенденцию изменения упрочненного состояния поверхностного слоя в зависимости от скорости резания. а) б) Рис. 130. Графики изменения от скорости резания: а – температурного фактора ; б – силового фактора P Рис. 131. График изменения упрочнения поверхностного слоя Анализируя график на рис. 131, отмечаем, что линия, характеризующая изменение упрочненного состояния поверхностного слоя, пересекает нулевую отметку в некоторой точке. Эта точка соответствует состоянию поверхностного слоя, при котором упрочнение отсутствует. Скорость резания в этой точке будет соответствовать её оптимальному значению Vопт. Возникновение остаточных напряжений при резании Механизм образования остаточных напряжений при резании также обусловливается двумя факторами: силовым и тепловым воздействием инструмента на поверхностный слой детали. Образование напряжений в зоне резания за счёт силового воздействия инструмента. Под действием инструмента в тонком поверхностном слое металл претерпевает пластическое растяжение. Нижние слои, увлекаясь за верхними, претерпевают упругое растяжение (рис. 132). После снятия силового воздействия упругие деформации внутренних слоёв стараются возвратить наружные слои в исходное положение. Но так как верхние слои пластически деформированы и препятствуют действию внутренних слоёв, то в верхних слоях появляются остаточные напряжения сжатия, а во внутренних остаются напряжения растяжения (рис. 133).
Образование напряжений за счёт теплового воздействия при резании. Рассмотрим, что произойдет, если мы будем нагревать простой брусок (рис. 134). Он удлинится на величину ΔL. После охлаждения брусок укоротится на эту же величину ΔL. Теперь нагреем брусок, но поместим около него ограничитель на расстоянии меньшем, чем ΔL (рис. 135). В результате нагрева брус удлинится на величину  , а дальше произойдет пластическая деформация бруска на величину  . После охлаждения брус укоротится на величину  (рис. 136).
При резании в области контакта инструмента и обрабатываемой поверхности выделяется большое количество тепла, под действием которого модуль упругости металла поверхностного слоя сильно снижается. Под действием этого тепла наружные слои нагреваются сильнее, чем внутренние. При этом наружные слои стремятся удлиниться, а внутренние им препятствуют. При сильном нагреве под действием внутренних слоёв наружные слои могут оказаться пластически сжатыми, аналогично расширению бруска при наличии ограничителя расширения. При охлаждении поверхностные слои стремятся укоротится на величину расширения плюс величину пластических деформаций. Этому действию будут препятствовать внутренние слои, поэтому во внутренних слоях возникают напряжения сжатия, а в наружных – напряжения растяжения. В процессе резания имеют место обычно оба фактора. Чаще ответственным за образование остаточных напряжений является тепловой фактор. При точение стали средней твёрдости в большинстве случаев обнаруживаются внутренние напряжения растяжения, что свидетельствует о том, что они являются температурными. Влияние скорости резания на остаточные напряжения проявляется в зависимости от соотношения теплового и силового воздействия. С увеличением скорости резания возрастает температура и уменьшается силовое воздействие, поэтому увеличиваются остаточные напряжения растяжения. С увеличением подачи при обработке пластичных материалов наблюдается рост остаточных напряжений растяжения. При обработке малопластичных материалов наблюдается рост остаточных напряжений сжатия и глубины их проникновения. Переход передних углов от положительных к отрицательным и увеличение радиуса режущей кромки приводят к снижению растягивающих и возникновению сжимающих остаточных напряжений. Обработка затупленным инструментом пластичных материалов ведет к образованию остаточных напряжений растяжения; при обработке малопластичных материалов увеличиваются сжимающие напряжения. Изменение режимов обработки или геометрических параметров, связанных с увеличением силового фактора, приводит к возникновению в поверхностных слоях остаточных напряжений сжатия. Изменение режимов обработки или геометрических параметров, связанных с увеличением теплового фактора, приводит к возникновению в поверхностных слоях остаточных напряжений растяжения. Окончательное состояние поверхностного слоя зависит от преобладающего действия того или иного фактора. Предположим, для некоторого реального процесса известны кривые изменения температурного (рис. 137, а) и силового (рис. 137, б) факторов при изменении некоторого параметра х. Рассмотрим, какими значениями факторов характеризуется процесс при определенных значениях параметра  и  . Так для параметра  процесс характеризуется преобладанием теплового фактора, а, значит, остаточные напряжения при этом будут растягивающими (рис. 137, а и рис. 138). Для параметра процесс характеризуется преобладанием силового фактора, а значит остаточные напряжения при этом будут сжимающими (рис. 137 и рис. 138). На графике (рис. 138) величины остаточных напряжений откладываются приближенно, через которые проводится линия. Эта линия показывает изменение остаточных напряжений в зависимости от изменения рассматриваемого параметра х. Как видно из графика, линия проходит через нулевое положение, характеризуемое отсутствием остаточных напряжений. Поэтому значение параметра, соответствующее этому моменту, можно считать оптимальным  .а) б) Рис. 137. Изменение: а – температурного фактора от параметра х; б – изменение силового фактора от параметра х Рис. 138. Изменение остаточных напряжений от параметра х 3.8. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства детали Основными эксплуатационными свойствами поверхностей детали являются: износостойкость, усталостная прочность, прочность неподвижного соединения, антикоррозионная стойкость. 3.8.1. Влияние шероховатости на эксплуатационные свойства детали Влияние шероховатости поверхности на износостойкость. Износ поверхности во времени можно представить в виде графика (рис. 139). На кривой износа можно выделить три периода : приработки (Ι), нормальной работы (ΙΙ) и катастрофического износа (ΙΙΙ).
В начальный период Ι контакт трущихся поверхностей происходит по вершинам неровностей. Фактическая поверхность соприкосновения во много раз меньше расчетной, удельные давления в местах контакта большие (рис. 140). Под их действием происходит интенсивный начальный износ трущихся поверхностей. Это период приработки. Высота неровностей уменьшается до своей оптимальной величины. После различных видов обработки, вследствие образования различной шероховатости, площадь контакта также будет неодинаковой. Так, площадь контакта после чистового точения – 25%, после шлифования высокой точности – 30-50%, после притирки – 90-95%. В период нормальной работы ΙΙ интенсивность износа устанавливается наименьшей, при этом величина шероховатости считается оптимальной. Наступление периода ΙΙΙ пытаются избежать. Чем ближе шероховатость после механической обработки к оптимальной величине, тем меньше период приработки. Период приработки всегда следует уменьшать, так как в это время происходит уменьшение величины шероховатости, быстро увеличиваются зазоры до своих предельных значений, вследствие чего уменьшается срок службы детали. Оптимальная величина шероховатости зависит от условий эксплуатации. Рис. 141. Зависимость величины шероховатости от условий эксплуатации: 1 – тяжелые условия; 2 – нормальные условия С целью уменьшения необоснованного сокращения сроков службы соединений необходимо стремиться получать шероховатость ближе к оптимальной. Влияние шероховатости на прочность неподвижного соединения. Чем ниже шероховатость, тем прочность неподвижного соединения больше. Рис. 142. Схема соединения вала и втулки Прочность неподвижного соединения можно оценить величиной натяга  . , (55)где  и  − диаметры поверхностей вала и отверстия втулки,  и  − максимальные величины шероховатостей поверхностей вала и отверстия втулки,  и  − коэффициенты смятия для поверхностей вала и отверстия втулки (рис. 142). Например, прочность прессового соединения ступицы вагонного колеса с осью при высоте неровностей Rz= 36мкм, оказалась меньше на 40% прочности такого же соединения с Rz= 18мкм. Влияние шероховатости на усталостную прочность детали. Неровности обработанной поверхности детали, работающей в условиях циклических и знакопеременных нагрузок, являются концентраторами напряжений. Чем они больше, тем быстрее может произойти накопление напряжений, превосходящих предел усталости металла (рис. 143). |
