Учебное пособие 800497
.pdfтехнологически труднодоступных поверхностей лопаточных машин, разработана типовая технологическая документация, что позволит дополнить базу данных технологии машиностроения по разделу от- делочно-упрочняющей обработки гранулированной средой.
Литература
1.Основы трибологии (трение, износ, смазка) / А. В. Чичинадзе, Э. Д. Браун, Н.А. Буше и др. – М.: Машиностроение, 2001. – 664 с.
2.Ребиндер П. А. Электрокинетические свойства капиллярных систем / П. А. Ребиндер. – М.: Машиностроение, 1956. – 264 с.
3.Сухочев Г.А. Управление качеством изделий, работающих в экстремальных условиях при нестационарных воздействиях / Г. А. Сухочев. – М.: «Машиностроение», 2004. – 287 с.
4.Повышение усталостной прочности поверхностей сложного профиля / Г. А. Сухочев, В. П. Смоленцев, Н. К. Мешков, В. А. Пожидаев // Наука производству. – 1999. – № 10. – С. 47–48.
5.Патент RU 2173627 C2, МПК 7 В 24 В 31/06. Способ вибрационной обработки / Г.А. Сухочев, А.В. Бондарь, А. В. Левченко // Открытия. Изобретения. – 2001. – № 26.
Воронежский государственный технический университет
УДК 621.9.047
И.А. Чечета, В.В. Чернышова, В.А. Сай
РАСШИРЕНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ НА ПРОЧНОСТЬ
Ключевые слова: статические испытания на прочность, истинная относительная деформация, коэффициент усадки
Проанализирован прием повышения точности статических испытаний материалов на прочность
20
В случаях внешнего силового воздействия на конструкционный материал необходимо заранее знать степень способности материала противостоять этому воздействию. Противостояние материала сопровождается появлением в нем напряжений и деформаций. При этом под напряжением понимают величину силы, приходящейся на величину площади. Что касается деформации, то в практике машиностроения различают [1,2]:
а) абсолютную деформацию, представляющую собой величину, например, фактического удлинения (или укорочения) исследуемого размера 0 ;
б) относительную деформацию – это отношение в виде
/ 0 |
(1) |
здесь абсолютную деформацию |
делят на один и тот же началь- |
ный размер 0 ; |
|
в) истинную относительную деформацию , исчисляемую в
каждый текущий момент времени по уравнению |
|
d d / ; |
(2) |
здесь абсолютную деформацию d делят на текущее значение размера . После интегрирования в пределах от 0 (начальная высота деформированного объема) до (конечная высота деформированного объема) уравнение (2) приводится к виду:
n o/ . |
(3) |
Связь между относительной δ и истинной относительной |
|
деформациями имеет вид: |
|
n1 |
(4) |
Из уравнения следует, что числовой результат расчета по уравнениям (1) и (4) практически одинаков только в случае, когда 0,1 Кроме того, предпочтение использованию истинной относительной степени деформации ε обусловлено тем, что она обладает свойством аддитивности (это свойство величин, состоящее в том, значение величины , соответствующее целому объекту, равно сумме значений величин его частей при любой разбивке объекта на части). В свою очередь, истинные относительные деформации, предопределяемые
21
изменениями линейных размеров, при растяжении и сжатии являются эквивалентными по упрочняющему эффекту.
Тем не менее, в сложившейся практике машиностроения для оценки работоспособности металлов и сплавов кривые упрочнения, формируемые по результатам статических испытаний материалов на
прочность, представляют в координатах «напряжение |
|
относи- |
|
тельная деформация δ». При этом для того, чтобы не |
снизить безот- |
||
|
− |
|
|
казной работы создаваемых механизмов и машин, |
в прочностные |
расчеты введен так называемый коэффициент запаса прочности за счет увеличения массы изготовленных изделий. То есть, заведомо повышают собственный (сухой) вес механизмов и машин. При этом известна истина: чем больше собственный вес летательного аппарата, тем меньше груза такой аппарат возьмет себе на борт.
Входящее в уравнение (3) отношение высоты 0 / пред-
ставляет собой коэффициент усадки деформируемого объема: |
|
0 / |
(5) |
В результате уравнение (3) получает вид: |
|
n , то есть e . |
(6) |
Здесь e – основание натурального логарифма. |
|
Уравнение (6) свидетельствует о том, что в случае, когда шкала деформации имеющейся кривой упрочнения проградуирована в величинах истинной относительной деформации (ε), то величина усадки непосредственно вычисляется на сновании этой шкалы.
В частном случае при анализе процесса резания металлов [3] в качестве главной составляющей силы резания принимают силу сж
, обеспечивающую усадку стружки и перпендикулярно направленную к плоскости сдвига срезаемой стружки.
При этом
сж t V0 / , (7)
где t −предел прочностиматериала; V0 tS 0 −объем материа-
ла, подлежащего пластическому деформированию; t - глубина резания;S – подача.
В итоге уравнение (7) получает вид:
22
сж ttS |
(8) |
С учетом угла , координирующего положение плоскости сдвига в очаге резания, проекция вектора сж предопределяет силу резания:
сж /Sin ttS / Sin . |
(9) |
На основании геометрических построений И.А. Тиме установил связь между коэффициентом , углом наклона плоскости сдвига и передним углом резца:
Cos( )/ Sin . |
|
(10) |
||
То , что угол известен, а |
|
дает возможность вычис- |
||
лять угол , а затем и силу резания поe |
,уравнению (9) |
|
||
Вывод. Возможность выполнять изложенный |
расчет силы ре- |
|||
|
[3]. |
|||
зания также предопределен применением |
истинной относительной |
деформации для построения графика кривой упрочнения используемых материалов.
Литература
1. Чечета И.А. Резани материалов: учеб. пос. / И.А. Чечета В.И. Гунин, О.Н. Кириллов; под редакцией И.А. Чечеты – Воронеж: ВГТУ.2005.169 с.
2.Чечета И.А. Технологические процессы в машиностроении. Исходные параметры и определения: учеб. собие / И.А. Чечета. – Воронеж: ВГТУ. 2012. 201 с.
3.Патент RU 2538068 C2. Способ определения силы резания
/И.А. Чечета, А.Е. Чечета. Заявка 201212440 от 13.06.2012. Опублик. 10.01.2015. Бюл. № 1. ВГТУ.
Воронежский государственный технический университет
23
УДК 621.9.047
И.А. Чечета, А.А. Корнев, В.А. Сай
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ШТАМПОВКИ НА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МОЛОТАХ
Ключевые слова: скорость удара, деформирование, динамическое напряжение
Сопоставлены результаты аналитического расчета и экспериментальных проверок
При выборе технологических параметров высокоскоростной штамповки целесообразно исходить из выявленной зависимости между удельной энергией eуд и истинной относительной деформацией
. Значимость понятия « удельная энергия» предопределяется тем, что
eуд E/V, |
(1) |
где E 0,5Mv02 - номинальная энергия удара; V - объем пластиче-
ски деформируемой массы. В результате по величине eуд легко вы-
бирать минимально необходимое количество энергии, достаточной для выявления предельной возможности деформируемого материала сопротивляться деформирующей силе удара. С другой стороны – удельная энергия физически связана с сопротивлением материала, которое предопределяется величиной напряжения
S |
eуд / , |
(2) |
представляющий собой элементарный вектор и являющимся структурным элементом возникающего в материале силового поля. Суммарный вектор этого поля эквивалентен вектору внешней деформирующей силы P удара. Значительная экспериментальная работа по выявлению указанной зависимости выполнена в ЭНИКМАШе 1 .
Анализ экспериментальных зависимостей eуд f e (с учетом
уравнения 1 , показывает, что сопротивление деформации при высокоскоростной штамповке является постоянной величиной и пред-
24
ставляет собой динамический предел текучести. Уравнение (2) по-
лучено на основании утверждения, что деформируемый материал ведет себя как идеальное жестко пластическое тело 2 . То есть, принято во внимание, что высокоскоростной удар не сопровождается упрочнением деформируемого материала из-за двух факторов: очень короткий удар (сотые доли секунды) и резко возрастающая темпера-
тура из-за внутреннего трения в локальном очаге деформирования
3 .
Известно, это условие применимо в случае анализа ударного деформирования материалов, как в горячем, так и в холодном состоянии.
Имеется в виду те материалы и сплавы, у которых при динамике диаграмма «напряжение-деформация» характеризуется тем, что при холодном деформировании (за пределом текучести) напряжение в значительном диапазоне изменения пластической деформации остается постоянным. Это характерно для таких материалов как чистое железо, свинец, мягкая сталь (0,21% углерода), высокопрочные
алюминиевые сплавы, некоторые титановые сплавы и др. 4 .
Таким образом, наличие экспериментальной зависимости между удельной энергией eуд и истинной относительной деформации
является основой для вычисления динамического предела текучести. Результаты вычислений по аналитическому уравнению (2) с применением экспериментально полученных значений eуд , взятых из ра-
боты 1 , дают возможность сформировать сведения о характере изменения в зависимости температуры деформирования и скорости удара. Вычисленные значения были, в свою очередь, сопостави-
мы с экспериментальными данными 1 по определению максимальных напряжений, возникающих в процессе осадки образцов. Результаты сопоставления показаны на графиках (рис.), где прямые линии графиков проведены в соответствии с теоретическим расчетом по уравнению (2), а вдоль прямых расположены точки, обозначающие экспериментально найденные значения напряжений (из работы 1 ). Наблюдающееся некоторое расхождение между экспериментом и расчетом в основном предопределено следующей причиной: в теоре-
25
тическом расчете не учтен рост температуры в очаге деформации 5
.
Зависимость динамического предела текучести от степени деформации: сплошные линии – расчетные по уравнению (2), точки – экспериментальные данные
из работы 1
26
Литература
1.Согришин Ю.П. Технологические возможности и пластичность металлов в условиях высокоскоростной штамповки / Ю.П. Согришин, Н.Ф. Кобяковский, А.В. Попов, В.Я. Мороз. Сб. «Высокоскоростная объемная штамповка». Вы. 21. – Машиностроение. 1969. С. 9 26.
2.Чечета И.А. Уточнение ряда технологических параметров высокоскоростной обработки / И.А. Чечета, В.А. Сай. – Воронеж: ВГТУ 1981. – 43 с.
3.Чечета И.А, Выделение тепла при пластическом деформировании под действием удара. Сб. «Системные проблемы надежности». Материалы междун. конф., ч. 2, т. 2 –М.: Энергоатомиздат, 2007. С. 26 27.
4.Орленко Л.П. Поведение материалов при интенсивных динамических нагрузках./ Л.П. Орленко. – М.: Машиностроение. 1964.
–241 с.
5.Чечета И.А. Исследование исходных предпосылок для выбора величины деформирующей силы / И.А. Чечета – Воронеж: Вестник ВГТУ. Том 11, № 4. 2015. –С. 4 7.
Воронежский государственный технический университет
УДК 621.9.048.4
С.О. Сизоненко
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЭЛЕКТРОДОВ-ИНСТРУМЕНТОВ
ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Ключевые слова: электроэрозионная обработка, электродинструмент, покрытие, электросопротивление, износостойкость, производительность
Рассмотрены требования, предъявляемые к электродаминструментам, влияние электропроводных покрытий на электросопротивление и износостойкость электродов
27
Развитие электроэрозионного метода обработки сдерживается недостаточной износостойкостью или дороговизной и сложностью изготовления электродов-инструментов. Разработка новых технологических процессов создания эрозионностойких материалов, обладающих низкой стоимостью, представляет собой весьма важную задачу и имеет большое экономическое значение.
На качество и производительность электроэрозионной обработки большое влияние оказывает материал электрода, который выбирается в соответствии со свойствами обрабатываемого материала и требованиями к обработке поверхности. Основными материалами для изготовления электрод-инструмента (ЭИ) являются графит, медь и ее сплавы, а также композиционные материалы Электродные материалы на основе меди составляют основную часть применяемых металлических материалов. Наиболее часто используется электролитическая медь М1 и М2, имеющая высокую электро- и теплопроводность. Применение ЭИ из меди МП-15 с пористой структурой (15% пор) позволяет при обработке импульсами прямоугольной формы до 1,5 раз по сравнению с ЭИ из меди M1 повысить скорость съема материала детали, стойкость ЭИ также возрастает. Латунь ЛС-59-1 имеет ограниченное применение при ЭЭО закрытых полостей вследствие ее пониженной до 1,5-3 раз эрозионной стойкости по сравнению с медью.
При обработке твердых сплавов и тугоплавких материалов на основе вольфрама, молибдена и ряда других материалов широко применяют ЭИ из композиционных материалов, так как при использовании графитовых ЭИ не обеспечивается высокая производительность из-за низкой стабильности электроэрозионного процесса, а ЭИ из меди имеют большой износ, достигающий десятка процентов, и высокую стоимость [1]. Наиболее предпочтительными для удовлетворения требований к ЭИ являются композиционные материалы типа псевдосплавов.
28
Для сравнения износостойкости разных электродовинструментов были рассмотрены инструменты из стали 30ХГСА и латуни ЛС 59-1 с медным покрытием и без покрытия на поверхности. При ЭЭО износ электродов из стали 30ХГСА с покрытием и без меньше, чем у электродов из латуни. Более высокая износостойкость стальных электродов может быть связана с более высокой температурой плавления стали. Износостойкость и стального, и латунного электродов с покрытием из меди выше, чем у этих же электродов без покрытия. Нанесение электропроводящего медного покрытия методом термического испарения в вакууме на стальной электродинструмент понижает относительный износ в 1,5 раза, на латунный – на 15 %. При измерении электросопротивления происходит повышение значения электросопротивления при увеличении объема тугоплавкой фазы, обладающей высоким значением электросопротивления по сравнению с медью. Увеличение количества добавок с высоким электросопротивлением и одновременно рост пористости приводят к увеличению удельного электросопротивления композиционного материала. Оба фактора – пористость и электросопротивление оказывают влияние на относительный износ электрода: чем больше пористость и электросопротивление композиционного материала, тем больше износ.
Наилучшей износостойкостью обладают электроды системы Cu–Cr. В отличие от молибдена, взаимодействие хрома с кислородом протекает сначала довольно активно, затем резко замедляется благодаря образованию на поверхности металла оксидной пленки, которая разрушается при 1200 °С. В системах с хромом и вольфрамом относительный износ незначительно зависит от концентрации тугоплавкой фазы. Очевидно, повышенная пористость материалов с высокой концентрацией тугоплавкого металла не позволяет реализовать их преимущества. Наилучшей производительностью обладают электроды системы Сu–W, так как к черновым режимам обработки предъ-
29