5.7 Погрешности, вызванные внутренними остаточными напряжениями

Остаточные напряжения - это напряжения, которые существуют в материале детали при отсутствии воздействия на неё внешних сил.

Эти напряжения возникают в процессе предшествующей обработки и остаются в детали после её окончания. Остаточные напряжения полностью уравновешены и их действие на деталь с внешней стороны ничем не проявляется. Остаточные напряжения (по предположению академика Давиденкова Н.Н.) разделяются на три вида:

1. Напряжения 1-го рода - макронапряжения (внутренние) - распространяются по всему сечению детали.

2. Напряжения 2-го рода - микронапряжения - действуют в пределах одного кристалла или группы кристаллических зёрен.

3. Напряжения 3-го рода - субмикроскопические - относятся к искажению кристаллической решётки.

При обработке заготовок основное влияние на точность внутренние напряжения (1-го рода). В зависимости от способа обработки они могут распространяться как по всему сечению, так и концентрироваться в поверхностном слое заготовки.

Внутренние напряжения возникают из-за неоднородных объёмных изменений металла в результате действия следующих факторов:

1. Неоднородного (неравномерного) нагрева или охлаждения.

2. Фазовых и структурных превращений при пластической деформации (ковка, штамповка и т.п.)

3. В результате неоднородного протекания фазовых превращений при получении заготовок (например, отливкой).

В большинстве случаев остаточные напряжения возникают в условиях одновременного действия различных факторов: механических, тепловых и физико-химических.

Механизм возникновения погрешностей вследствие остаточных напряжений состоит в том, что при удалении припуска или при термической обработке без снятия припуска нарушается равновесие внутренних напряжений. В результате деталь начинает деформироваться до тех пор, пока перегруппировка напряжений не приведёт к равновесному состоянию.

Снятие или уменьшение внутренних остаточных напряжений в заготовках достигается естественным старением, термообработкой (искусственным старением) и некоторыми методами механического воздействия.

Естественное старение - это "выдерживание" заготовки на воздухе в течение определённого срока (от 3 до 6 месяцев). Его проводят после предварительной обработки.

Искусственное старение - это медленный нагрев до 500⁰ - 600⁰С, выдержка в течение 5-6 часов и более, и последующее медленное охлаждение.

5.8 Погрешности, связанные с неточностью мерного и профильного инструмента

К мерному инструменту относят свёрла, зенкеры, развёртки, протяжки, шпоночные резцы, фрезы и другие. Погрешность этих инструментов полностью копируется на деталях. Это приводит к появлению систематических и постоянных (в пределах одной партии заготовок) погрешностей.

Профильный инструмент - резьбовые резцы и фрезы, зубонарезные инструменты (фрезы, долбяки), шлифовальные круги. Погрешность профиля копируется на деталь.

5.9 Кинематические погрешности

Эти погрешности возникают при замене точной кинематической схемы обработки приближённой схемой. Кинематическая погрешность будет зависеть от точности подбора зубчатых колёс, обеспечивающих заданное движение инструмента относительно заготовки.

Например, необходимо нарезать модульную резьбу (червяк) m=2,5 мм на токарном станке, шаг ходового винта которого составляет t_в = 6,0 мм. Передаточное отношение в цепи подачи

i= = = = π ,

где π – число иррациональное. Заменим его простой дробью π=и тогда i=.При настройке цепи подачи по такому передаточному отношению нарезанный винт будет иметь погрешность шага 0,04%.