CC BY
136
Список литературы
1. Управление эффективностью и качеством: в 2 ч. Ч. 2. Модульная программа; под ред. И. Прокопенко, К. Норта. М.: Дело, 2001. 608 с.
2. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Системотехника. М.: Радио и связь, 1985. 200 с.
3. Никифоров А.Д., Ковшов А.Н., Назаров Ю.Ф. Процессы управления объектами машиностроения: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 2001. 455 с.
4. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: учебник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 336 с.
5. Иноземцев А.Н., Анцев А.В. Проект технического обслуживания, ремонта и модернизации технологического оборудования // Изв. ТулГУ. Технические науки. 2009. Вып. 4. С. 70 - 79.
A. Inozemtsev, A. Antsev
Increase of efficiency of manufacturing equipment's technical maintenance in machine building enterprise.
The facts that affect to the duration of maintenance, repair and modernization of a manufacturing equipment is made. The method of efficiency increasing of manufacturing equipment's technical maintenance by ensuring necessary quality level of used engineering and technological documentation is represented.
Keywords: technical maintenance, repair, modernization, repair project, increase of efficiency, informational management.
Получено 07.04.10
УДК 669.14.018
Г.М. Журавлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 40-16-74 (Россия, Тула, ТулГУ), Дао Тиен Той, асп., (920) 787-85-33, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛА НА СЖАТИЕ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Рассмотрено влияние температуры и скорости деформирования на механическое свойство материала при обработке металлов давлением в режиме полугорячей обработки. Представлены результаты по испытанию на сжатие. Построены кривые упрочнения для стали 18ЮА.
Ключевые слова: повышенная температура, штамповка, полугорячая обработка.
Конструктор, выбирая материал для проектируемой детали, а затем, рассчитывая ее на прочность, должен располагать данными о механических свойствах материала. Механические испытания имеют большое зна-
чение не только для расчета на прочность, но и для разработки технологии изготовления детали. Большинство характеристик механических свойств металлов и сплавов не является их физическими константами. Они в значительной степени зависят от условий изготовления и эксплуатации деталей. Поэтому необходимо выполнение определенных условий проведения испытаний, которые бы обеспечили сопоставимость результатов испытаний и их использование при анализе процессов обработки металлов давлением. Такие условия называются условиями подобия механических испытаний.
Во многих случаях металлические материалы в конструкциях работают под статическими нагрузками. Поэтому для оценки механических свойств широко используются статические испытания, которые проводятся с применением разных схем напряженного состояния в образце. Для соблюдения условий подобия образцы следует подвергать испытаниям при одинаковой схеме напряженного состояния и в одинаковых физических условиях. Поэтому при исследовании процесса прессования с раздачей при повышенной температуре (в режиме полугорячей штамповки) необходимо проводить испытание на сжатие, как и при температурах соответствующей обработки (740...800 0С). Использование полугорячей обработки дает возможность повысить пластические свойства материала при минимальном образовании окалины.
При нагревании деформируемого металла в последнем возникают разупрочняющие процессы, а именно возврат и рекристаллизация. Таким образом, при повышенных температурах в процессе деформации протекают одновременно как упрочняющие, так и разупрочняющие процессы.
Возврат в процессе обработки приводит к некоторому уменьшению сопротивления деформированию и к увеличению пластичности. С увеличением температуры скорость возврата увеличивается. В связи с этим эффект возврата зависит от соотношения между температурой и скоростью деформации. Повышение скорости деформации при данной температуре может снизить эффект возврата. Увеличение температуры деформируемого металла сверх температуры возврата ведет к возникновению процесса рекристаллизации. В зависимости от того, какой из процессов будет преобладающим, результаты деформации будут различны. На основе многочисленных экспериментов Н.С. Курнаков установил, что изменение прочностных характеристик с изменением температуры подчиняется экспоненциальной зависимости для металлов и сплавов, не имеющих физико-химических превращений в данном интервале температур (закон Курнакова). Математическая запись этого закона может быть представлена в виде
Р1 = Р,г е ^ -'2),
где р11, Р(2 - значение прочностной характеристики при температуре 2 а - температурный коэффициент.
Важно знать, можно ли при анализе и проектировании процессов обработки давлением пользоваться данными о механических свойствах металлов, полученными путем обычных испытаний. Иначе говоря, необходимо знать, как влияет скорость деформации на пластичность и напряжение текучести. В первом приближении можно сказать, что при увеличении скорости деформации напряжение текучести возрастает, а пластичность падает. При горячей деформации идет процесс рекристаллизации. Чем выше скорость деформации и меньше скорость рекристаллизации, тем больше напряжение текучести и меньше пластичность. Многие исследователи пытались аналитически выразить зависимость напряжения текучести от скорости деформации при заданной температуре и степени деформации. Наибольшего внимания заслуживают формулы, предложенные П. Людвиком и А. Рейто:
/ \т
1 £
а = а0 + п 1п—; а = а
60
6
\60 У
где а5, а - напряжения текучести соответственно при скоростях деформации 6 и б0; п, т - константы, определяемые экспериментально.
С.И. Губкин считает [5], что первой формулой целесообразно пользоваться в области температур деформации с упрочнением, а второй -применять для температур деформации с разупрочнением. Это подтверждает и Л.Д. Соколов в своих исследованиях, посвященных изучению влияния температуры и скорости деформации на сопротивление деформации [6].
Для практических расчетов значение скоростного коэффициента
можно определять как отношение скоростей деформации 66, где б1 - ско-
61
■ V
рость деформации при проведения испытания б1 =---------. Здесь V - скорость
Нср
деформирования; Нср - средняя высота образца (б1 = 0,03...0,1с^), а 62 - скорость деформации для исследуемого процесса.
Т
С учетом температуры деформации отношение — = 0,5 для процес-
Тпл
сов полугорячей обработки. Скоростной коэффициент будет равен 1,32.
Испытания на одноосное сжатие - распространенный вид испытаний для оценки механических свойств металлов и сплавов - сравнительно легко подвергаются анализу, позволяют по результатам одного опыта оп-
ределять сразу несколько важных механических характеристик материала, являющихся критерием его качества и необходимых для конструкторских расчетов.
Метод испытания на сжатие стандартизован. Для проведения испытания на сжатие при повышенных температурах существует ГОСТ 25.53097. В нем сформулированы определения характеристик, оцениваемых при испытании, даны типовые формы и размеры образцов, основные требования к испытываемому оборудованию, методика проведения испытания и подсчета результатов. Используем образцы в виде цилиндра с торцевыми выточками. На рис. 1 показаны стандартные образцы для испытаний при повышенных температурах. В данной работе приняты й0=10 мм; к0=10 мм; и0=0,б мм; ^=0,305 мм.
Рис. 1. Цилиндрические образцы для испытания на сжатие при повышенных температурах
Образцы изготовлены на металлорежущих станках. При изготовлении образцов приняты меры, исключающие возможность изменения свойств металла при нагреве или наклепе, возникающего в результате механической обработки. Все требования по форме, размерам и качеству образцов, маркировка для испытаний базируются на общих соображениях и правилах условия подобия механических испытаний и по ГОСТ 1497-84.
Испытания проведены на гидравлической машине сжатия Р-20 в соответствии с ГОСТ 28840-90. Измерение нагрузки при проведении испытаний осуществляется торсионным силоизмерителем. Для проведения испытаний при высоких температурах машины комплектуются температурными камерами и печами с диапазоном от 25 до 1700 °С. В рабочей зоне расположены образцы с захватами. Схема испытания на сжатие при повышенных температурах представлена на рис. 2.
К началу испытания были измерены и размечены образцы, для определения их начальной площади поперечного сечения Г0 (по ГОСТ 1497-84). Замер диаметра осуществлялся в середине и по краям рабочей части образца с последующим определением среднего значения, по которому рассчитывают площадь его поперечного сечения. Для замера
температуры были установлены два первичных термопреобразователя (термопары). Испытание проведены для 4 разных значений температуры в пределах 740...800 0С по шагам в 20 0С. Перед испытанием образцы выдерживали до необходимой температуры. Образец устанавливали на опорную плиту в нижнем захвате 9 и сжимали подвижным захватом 7.
Рис. 2. Приспособление для испытания на сжатие при повышенных температурах:
1 - пуансон; 2 - сильфон; 3 - направляющая втулка;
4 - крышка верхняя; 5 - основание; 6 - печь; 7 - подвижный захват;
8 - образец; 9 - самоустанавливающаяся опора со сменным вкладышем
В результате испытания была зафиксирована первичная диаграмма сжатия - зависимость силы Р от уменьшения высоты образца (абсолютной деформации АН). По диаграмме сжатия определены:
степень деформации є = Н0 + • 100%,
н 0
где Н0 - начальная высота образца; Нк - конечная высота образца до момента разрушения;
интенсивность деформации определяется є = 1п -Н() •
Н
Р
интенсивность напряжения аі =
Р*
пределы текучести а* = —;
предел прочности ав =
Р
мах
Я
Полученные результаты представлены в таблице, построенные кривые упрочнения - на рис. 3.
Таблица
Результаты испытания__________________________
Температура, 0С Скорости деформирования, мм/мин Степень деформации Пределы текучести, МПа Предел прочности, МПа
740 ¥¡=10 0,45 121,54 131,5
V2=20 0,45 127,97 138,79
¥з=60 0,45 145,49 167,9
760 ¥¡=10 0,5 109,39 118,43
0 2 V= 0,5 115,18 124,91
¥з=60 0,5 130,95 151,10
780 ¥¡=10 0,55 99,50 107,65
¥2=20 0,55 104,70 113,55
¥з=60 0,55 119,05 137,40
800 ¥¡=10 0,6 91,15 98,70
¥2=20 0,6 95,98 104,10
¥з=60 0,6 109,12 125,93
МПа
180
170
160
150
140
130
120
110
* ♦ * * V - 60 мм/мин — — V - 20 мм/мин V - 10 мм/мин
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
а
0,6 с.
0 0.1 0.2 0,3 0.4 0,5 0,6 а
а,■’ МПа
160
150
140
130
120
110
100
МПа
130
120
110
100
90
80
. * » 'V =60 мм/мин — — 1/ = 20 мм/мин V — 10 мм/мин
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 к
б
■ ’ ■ ’ V 60 мм/мин — — V - 20 мм/мин -------- V = 10 мм/мин
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Е:
в г
Рис. 3. Значение oi в зависимости от температуры и скорости деформирования: а - при t = 740 0C; б - при t = 760 0C; в - при t = 780 0C; г - при t = 800 0C
В результате был сделан вывод: интенсивность напряжения уменьшается с возрастанием температуры и увеличивается с повышением скорости деформирования.
Список литературы
1. Ицковик Г.М. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1986. 351 с.
2. Золотоевский В.С. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1983. 350 с.
3. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение.
4. ГОСТ 25.503-97. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие.
5. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов: в 3 т. М.: Ме-таллургиздат, 1947. 532 с.
6. Соколов Л. Д. Сопротивление металлов пластической деформации. М.: Металлургиздат, 1963. 284 с.
G. Zuravliov, Dao Tien Toi
Test of material on compression at high temperatures
Investigation of influence of temperature and deformation velocity on mechanical properties of material under metal forming in the regime of warm forming is described. The results in compressive test are presented; the curve hardening for steel 18ЮА are constructed.
Keywords: high temperature, stamping, warm forming.
Получено 07.04.10
УДК 621.8
И.В. Шинаков, канд. техн. наук, доц., (4922)47-99-24, [email protected] (Россия, Владимир, ВлГУ)
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ С ФРИКЦИОННЫМ ХАРАКТЕРОМ ЗАЦЕПЛЕНИЯ
Проведен анализ зависимости передаточной функции от геометрических и фрикционных параметров роликовинтовых механизмов.
Ключевые слова: планетарный роликовинтовой механизм, фрикционный характер зацепления, поступательное перемещение, кинематическая передаточная функция.
Планетарные роликовинтовые механизмы (ПРМ) принято различать по следующим признакам [1]:какое из зацеплений роликов - с гайкой или винтом - является опорным, а какое - рабочим; какое из
72
