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.

79