2. Определение остаточных напряжений и их влияние на эксплуатационные характеристики детали

Остаточными напряжениями (ОН) называются напряжения, которые имеются в материале при отсутствии нагрузок или изменении температуры /1/. В макромасштабе их возникновение обусловлено металлургическими превращениями. ОН оказывают такое же воздействие, как и любые другие напряжения, например, действующие на деталь. ОН соизмеримы по величине с действующими напряжениями. В тоже время существующие расчеты узлов и деталей на прочность практически не учитывают реальные остаточные напряжения.

Остаточные напряжения зависят от большинства параметров, влияющих на сопротивление усталости (СУ) детали, поэтому остаточные напряжения можно считать важнейшим параметром, определяющим порядок СУ.

Остаточные напряжения обычно классифицируют по признакам протяженности силового поля и по физической сущности. Общепринятой является классификация по протяженности силового поля.

Напряжения 1-го рода – макронапряжения. Они охватывают области, соизмеримые с размерами детали, и имеют ориентацию, связанную с формой детали.

Напряжения 2-го рода – микронапряжения, распространяющиеся на отдельные зерна металла или на группу зерен.

Напряжения 3-го рода – субмикроскопические, относящиеся к искажениям атомной решетки кристалла.

Значительные остаточные напряжения могут возникать после механической обработки (точения, фрезерования, шлифования и др.). Особенность этих остаточных напряжений состоит в том, что они действуют практически только в поверхностных слоях глубиной в несколько десятых долей миллиметра. Возникновение остаточных напряжений связано с пластической деформацией при воздействии режущего инструмента и нагреванием поверхностных слоев выделяющейся теплотой резания. При силовом воздействии инструмента возникает пластическая деформация растяжения, и после снятия этого воздействия в поверхностном слое образуются остаточные напряжения сжатия.

Основными методами определения остаточных напряжений являются механические и рентгеновские. Весьма перспективными для промышленного применения являются электрофизические методы, при которых остаточные напряжения определяются по изменению электромагнитных свойств поверхностного слоя.

Большинство механических методов определения остаточных напряжений основано на полном или частичном освобождении металла от остаточных напряжений путем его разрезки. Так как разгрузка металла от напряжений происходит упруго, то по измеренным деформациям, используя соотношения теории упругости, можно вычислить напряжения.

Методы различаются между собой расположением измеряемых баз, последовательностью операций измерений и разрезки, а также тензометрами, которые применяются для регистрации деформаций металла. Расположение и величина баз должны назначаться в зависимости от ожидаемого характера распределения остаточных напряжений.

3. Точечная диаграмма точности

Для построения точечной диаграммы по горизонтальной оси откладывают номера обрабатываемых заготовок в той последовательности, как они сходят со станка. По вертикальной оси в виде точек откладывают результаты измерений заготовок. Точечные диаграммы можно строить как для одной, так и для нескольких последовательно обрабатываемых партий заготовок. Точечные диаграммы стали шире использовать в связи с развитием и применением в промышленности статистического метода контроля продукции. В процессе изготовления деталей периодически измеряют 2-10 деталей. Результаты измерений обрабатывают и наносят на специальную (контрольную) диаграмму. На ней предусмотрены параллельные прямые а, определяющие границы поля допуска, и прямые б, определяющие поле рассеяния средних групповых значений и называемые контрольными прямыми.

Точечная диаграмма позволяет следить за изменением точности обработки по времени. Это особенно важно, т.к. позволяет определить тот момент, когда необходимо вмешаться в процесс производства и произвести подстройку станка.