1.4 Способы уменьшения остаточных напряжений

Исследования показали, что технологические остаточные напряжения технологически управляемы. Это означает, что и величина, и знак, и распределение остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя зависят от видов и режимов обработки заготовок [7]. Варьируя параметры обработки и последовательность методов обработки заготовок, можно в конечном итоге получить нужную величину и распределение остаточных напряжений в поверхностном слое.

Целесообразно технологический процесс изготовления деталей организовывать таким образом, чтобы на участках, подвергающихся при эксплуатации наибольшей деформации, были созданы сжимающие остаточные напряжения, например, с помощью термических, механических, термомеханических и специальных методов обработки.

Для уменьшения остаточных напряжений применяют термические и механические методы.

Термические методы:

• регулирование скорости закалки;

• изотермическая закалка;

• отжиг;

• обработка холодом.

Механические методы:

• растяжение;

• холодное обжатие;

• роликовая правка;

• поверхностный наклеп.

1.5 Выводы. Цель работы и задачи исследований

1. Деформация детали, возникающая в процессе обработки, существенно влияет на ее эксплуатационные и качественные показатели. Опыт эксплуатации изделий и экспериментальные данные показывают, что остаточные напряжения влияют на износостойкость, коррозионную стойкость и на долговечность деталей в целом. Воздействие остаточных напряжений может привести к трещинообразованию, короблению с соответствующей потерей точности формы или взаимного расположения поверхностей, разрушению изделия при нагрузках, меньших расчетных.

2. Выполнен анализ методов определения остаточных напряжений и деформаций в изделиях. Выбраны методы позволяющие дать как качественную оценку значений остаточных напряжений, так и количественную в определенной зоне измерения.

3. Определены способы уменьшения величины остаточных напряжений. Различают термические или механические методы.

4. Установлено, что технологические остаточные напряжения технологически управляемы. Это означает, что и величина, и знак, и распределение остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя зависят от видов и режимов обработки, состояния инструмента, системы и степени охлаждения.

5. Показано, что варьируя параметры обработки и последовательность методов обработки заготовок, можно в конечном итоге получить нужную величину и распределение остаточных напряжений в поверхностном слое.

Цель работы. Исследование напряженно-деформированного состояния трубы при холодной гибке с раскатыванием.

Основные задачи исследований. Поставленная цель достигается решением следующих взаимосвязанных задач:

1. Теоретическое определение величины и характера распределения напряжений по сечению деформированной трубы.

2. Экспериментальное определение остаточных напряжений и деформаций различными методами.

3. Сопоставление экспериментальных результатов с результатами компьютерного моделирования.

4. Установление экспериментальных зависимостей характеристик состояния от режимов обработки.

5. Проверка способов управления технологическими напряжениями для улучшения качества изделий и надежности их работы.

6. Разработка рекомендаций по снижению технологических остаточных напряжений и деформаций путем управления режимами гибки.

2 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Оценка остаточных деформаций и напряжений в продольном сечении методом проекций вырезанных сегментов трубы

Из гнутых труб были вырезаны продольные образцы из внутренней и наружной стенок (рисунок 3). Величины остаточных деформаций определялись по изменению кривизны образцов. Для того чтобы проконтролировать изменения в продольном сечении трубы после резки, были сделаны проекции наружной и внутренней стенок отвода на бумагу.

Результаты проведенного исследования показали, что для трубы 1084 мм (материал Сталь 10), с радиусом гиба 2D наибольшие остаточные деформации выпуклой стенки трубы составили 5,5 мм, а вогнутой – 2,5 мм. Это связано с действием остаточных изгибных напряжений разного знака (рисунок 4).

Рисунок 3 ‒ Выпуклая и вогнутая части трубы 108х4 соответственно

Рисунок 4 ‒ Деформации выпуклой и вогнутой частей

трубы 108х4 соответственно

Для трубы 76х3 мм с радиусом гиба 1,5D (материал Сталь 10), наибольшие остаточные деформации выпуклой стенки трубы составили 12,4 мм, а вогнутой – 7,96 мм.

Рисунок 5 ‒ Выпуклая и вогнутая части трубы 76х3 соответственно

Рисунок 6 ‒ Деформации выпуклой и вогнутой частей

трубы 76х3 соответственно

Причем то, что деформации для трубы диаметром 76 мм больше, объясняется меньшим радиусом гиба, а значит, металл находится в более напряженном состоянии.

Исходя из этого, можно утверждать, что в продольном сечении трубы на внешнем радиусе гиба возникают сжимающие остаточные деформации, а на внутреннем радиусе гиба – растягивающие остаточные деформации, причем для меньших радиусов гиба, деформации больше.