книги из ГПНТБ / Коцюбинский О.Ю. Стабилизация размеров чугунных отливок

напряжениями и пределом прочности чугуна, из которого изго­ товлен образец.

Поэтому наиболее целесообразно пользоваться отношением

, где Qп— предельное значение распорной силы, при кото-

Qn

ром напряжения растяжения в образце достигают предела прочности и он разрушается.

На рис. 37 приведены эпюры напряжений в образце из эталон­

ного чугуна с 0в = 210 МН/м2 при разных значениях — Штри-

Ѵп

ховыми линиями там же даны теоретические эпюры напряжений,

Рис. 37. Эпюры напряжений при изгибе чугунной балки квадратно-

Q

го сечения для значений отношения ——, равных 0,25 (а); 0,5 (б);

Qn

0,75 (в) и 1,0 (г)

полученные в предположении, что пластические деформации материала отсутствуют и он обладает одинаковыми упругими свойствами при растяжении и сжатии.

На рис. 37 видно, что при нагрузках до ~ ~ = 0,5 действи-

Qn

тельные напряжения сравнительно мало отличаются от теоре­ тических. При дальнейшем увеличении действующей нагрузки фактические напряжения все сильнее отличаются от теоретиче­ ских, особенно для напряжений растяжения. Наиболее наглядно это видно на рис. 38, где кривые 1 характеризуют изменение максимальных напряжений растяжения, а кривые 2 — измене­

ние максимальных напряжений сжатия в зависимости от вели­

чины -Ң-. Штриховыми линиями нанесены максимальные

теоретические напряжения.

Сравнивая кривые на рис. 38, а и б, видим, что характер их изменения с ростом действующей нагрузки одинаков и практи-

9 0

чески не зависит от прочности исследуемого чугуна при растяжении.

Часто для простоты расчета за исходную величину действую­ щих в кольцевом образце напряжений о0 принимают макси-

Рис. 38. Максимальные напряжения растяжения и сжатия при из­ гибе балки из чугуна с а„ = 210 МН/м2 (а) и 300 МН/м2 (6)

мальное значение теоретических напряжений изгиба, определен­ ных по распорной силе Q из формулы

Чтобы фактические напряжения, возникающие при нагружении кольцевых образцов, мало отличались от теоретичёских, рассчи­ танных по формуле (61), желательно все исследования прово­

91

грузке кольцевых образцов, приводит к значительному расхож­

образцах в полной мере справедливо и для образцов камертон­ ного типа (см. рис. 31). При этом недостатком последних является еще и то, что у основания ветвей образца камертонно­ го типа возникает некоторая концентрация напряжений из-за имеющегося закругления прорези. Правда, максимальные тео­ ретические напряжения по увеличиваются там всего на 30—40% [28], а фактические напряжения растяжения в чугуне увеличат­ ся, согласно эпюрам рис. 37, еще меньше. Кроме того, местная концентрация напряжений в образцах камертонного типа практически не влияет на точность измерения релаксации на­ чальных напряжений изгиба, одинаковых на всей длине ветвей

какой части длины этой балки они возникают. Поэтому местная концентрация напряжений на небольшом участке длины балки мало влияет на ее прогиб.

Следовательно, небольшая концентрация напряжений, воз­ никающая у основания ветвей образца камертонного типа, мало скажется на их прогибе.

Местные концентраторы напряжений важно учитывать толь­ ко при оценке прочности отливок в процессе их нагружения.

При различных методах старения чугунные отливки под­ вергают временному нагружению силами, вызывающими пла­ стические деформации их материала. Поэтому необходимо оценить влияние временной перегрузки описанных ранее цилиндрических и кольцевых (или камертонных) образцов на сохраняющиеся в них после этого напряжения.

В качестве удобного технологического критерия степени перегрузки чугунных отливок часто пользуются коэффициентом

нить, насколько однозначно величина этого коэффициента опре­ деляет изменение исходных напряжений в образцах при их вре­ менной перегрузке. Для оценки были использованы приведен­ ные на рис. 18 упругопластические свойства эталонного чугуна сов = 210 МН/м2.

Прежде всего рассмотрим влияние временной перегрузки на остаточные напряжения в цилиндрических образцах при их

92

пряжения: определяются только упругой частью деформации, то напряжениям о0 будет соответствовать деформация еуо. Пласти­

сильно зависит от бывших в нем исходных напряжений о0Даже в сравнительно узком диапазоне исходных напряжений 0,2 <;

0,35 величина щ/сго будет для одного и того же Кп су-

щественно различной. Так, например, на рис. 40 кривая 1 соот­

ветствует изменению этого отношения для эталонного чугуна в

зависимости от величины Кп при исходных напряжениях —— = <*в

= 0,2, а кривая 2 — при —— = 0,35. Различие между кривыми 1

<гв и 2 особенно велико при Кп > 1.

Таким образом, даже при наличии только растяжения коэффициент перегрузки Кп не является критерием, позволяю­

щим однозначно определять вызванную перегрузкой пластиче­ скую деформацию и снижение напряжений в образце. При

93

Таким образом, величина коэффициента перегрузки Кп не

может однозначно характеризовать напряжения, сохранившиеся в образцах, на растяжение и изгиб после временной их пере­ грузки. Однако необходимо учитывать, что проведенный анализ справедлив только для временной перегрузки образцов, в кото­ рых исходные напряжения создаются принудительной началь­ ной их деформацией на заданную величину ео с помощью рас­ порных элементов (пластины, штыря и т. п.) или специальных приспособлений (при растяжении). Величина полной деформа­ ции сохраняется в этом случае неизменной и после снятия вре­ менной перегрузки.

Деформация же детали определяется обязательным взаим­ ным уравновешиванием имеющихся в ней остаточных напря­ жений. Временная перегрузка, вызывая пластическую дефор­ мацию металла, нарушает равновесие остаточных напряжений. Для получения нового равновесия сохранившихся остаточных напряжений деталь должна изменить свое исходное деформа­ ционное состояние. Поэтому после временной перегрузки деталь не возвращается к исходной деформации е0. Так, например, пластически растянутый стержень, в котором были остаточные напряжения, не возвращается после разгрузки к исходной длине, а становится длиннее. Пластически изгибаемая ровная балка после снятия нагрузки остается изогнутой и т. д.

Во всех перечисленных случаях деформация детали после снятия временной перегрузки не ограничена какими-либо жест­ кими внешними упорами, в отличие от образцов, деформация которых после перегрузки ограничена нагрузочными пластина­ ми, штырями и т. п.

Влияние временной перегрузки детали, имеющей остаточные напряжения, рассмотрим на примере следующей схемы. Пред­ положим, что в исходном состоянии в детали имеются остаточ­ ные напряжения, характеризующиеся упругой деформацией, изображенной на рис. 42, б. Для простоты будем считать, что

нуты на одинаковую величину полной деформации. В результате абсолютная величина разности полных деформаций металла на участках, где были остаточные напряжения растяжения, и участках, где были остаточные напряжения сжатия, сохранится. Однако различной будет пластическая деформация на каждом из этих участков. При перегрузке участки, в которых имелись остаточные напряжения растяжения, будут испытывать значи­ тельно большие напряжения, чем участки, которые до этого были сжаты.

Наличие больших напряжений приведет к возникновению пластической деформации металла еп (рис. 42, в), в результате

95

чего уменьшится абсолютная величина разности упругих дефор­ маций участков, имевших остаточные напряжения противопо­ ложного знака.

После разгрузки длина детали увеличится на величину, соответствующую суммарной пластической деформации епоОдновременно уменьшатся сохранившиеся в ней остаточные напряжения, хотя абсолютная величина разности полных де­ формаций ео отдельных участков детали при этом остается неизменной (рис. 42, г).

Таким образом, временная перегрузка уменьшает остаточ­ ные напряжения в детали только за счет разной пластической

+г.

-е

Рис. 42. Схемы изменения деформаций при пере­ грузке растяжением образцов и отливок детален

рис. 8).

96

Для металла, обладающего одинаковым модулем упругости при растяжении и сжатии (например, стали), упругая дефор­ мация всех участков в процессе их разгрузки после равномер­ ного растяжения будет одинаковой. Следовательно, и после разгрузки в детали сохранится та же небольшая разность напряжений Дсц, которая получилась в процессе временной пере­ грузки. У чугуна, обладающего различными упругими свой­ ствами при растяжении и сжатии, а также нелинейной упругой деформацией при растяжении, разность остаточных напряже­

Асті по сравнению с Дао. Следовательно, наиболее эффективной с точки зрения снижения остаточных напряжений является вре­ менная перегрузка металла, обладающего способностью интен­ сивно пластически деформироваться даже при небольшом увели­ чении действующих напряжений. Именно в этом случае при пере­ грузке достигается наибольшая разница пластических дефор­ маций в участках с разной величиной исходных остаточных на­ пряжений. В частности, значительное снижение напряжений про­ исходит при таком нагружении, когда минимальные суммарные напряжения приближаются к площадке текучести (см. рис. 8),

а максимальные — находятся на этой площадке или в самом на­ чале следующего за ней участка диаграммы растяжения.

При оценке возможности использования коэффициента перегрузки /Сп для определения степени снижения остаточных напряжений в детали после временной перегрузки была принята

чины исходных напряжений а0/ств (рис. 44). Кривая 1 соответ­

ствует случаю, когда исходные остаточные напряжения сжатия были в 2 раза больше, чем исходные остаточные напряжения растяжения, а кривая 2 — когда исходные напряжения растя­ жения были в 2 раза больше, чем исходные напряжения сжатия. Для сравнения на рис. 44 нанесена штриховая кривая 2

с рис. 39.

Из рис. 44 видно, что при временной перегрузке детали, когда

измеряемой величины. Для отливок деталей станков и приборов наиболее характерным является измерение отклонений от пря­ молинейности их направляющих. При наличии двух параллельно расположенных прямолинейных направляющих обычно измеря­ ют их прогиб в вертикальной и горизонтальной плоскости, а так­ же «извернутость», характеризующую поворот, который возника­ ет при движении вдоль направляющих и происходит в плоскости, перпендикулярной к направлению этого движения.

Крупные корпусные детали измеряют при помощи автокол­ лиматора с ценой деления 1 " или 2" и регулируемого оптиче­ ского или индукционного уровня с ценой деления 0,01 мм/м.

Сравнительно небольшие и маложесткие детали чаще всего ус­ танавливают на контрольную плиту и измеряют при помощи укрепленного на подвижной стойке индикатора с ценой деления 1 мкм.

Так как величина коробления отливок в ряде случаев

98