По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.9

Причины возникновения остаточных напряжений при механической обработке поверхностей заготовки

Савельева Л. В., канд. техн. наук, доцент, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Чудина А. А., МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва

Рассмотрены основные сведения об остаточных напряжениях и приведена классификация остаточных напряжений, возникающих в поверхностном слое деталей. В настоящий момент принято делить остаточные напряжения по объему уравновешивания на макронапряжения, микронапряжения и субмикронапряжения, а по знаку — сжимающие и растягивающие. Проанализированы основные причины возникновения остаточных напряжений и выявлены факторы, влияющие на их появление. Существуют три основные причины возникновения остаточных напряжений: неравномерные пластические деформации в зоне резания, в результате силового воздействия инструмента на заготовку, высокие температуры, сопровождающие процесс резания, и структурно-фазовые превращения, происходящие на поверхности заготовки.

Литература:

1. Биргер, И.А. Остаточные напряжения. — Москва: Машгиз, 1963. — 232 с.

2. Блюменштейн, В.Ю. Научные основы технологии машиностроения: учебное пособие. — Кемерово: КузГТУ, 2011. — 232 с.

3. Буркин, С. П., Шимов, Г. В., Андрюкова, Е.А. Остаточные напряжения в металлопродукции: учебное пособие. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. — 248 с.

4. Вишняков, Я. Д., Пискарев, В.Д. Управление остаточными напряжениями в металлах и сплавах. — Москва: Металлургия, 1989. — С. 254.

5. Якобсон, М.О. Шероховатость, наклеп и остаточные напряжения при механической обработке. — Москва: Машгиз, 1956.

6. Годерзиан, К.К. Внутренние напряжения в металлах и сплавах, методы их измерения и устранения. — Москва: ЦИИН цветной металлургии, 1962. — 93 с.

7. Колмогоров, В.Л. Напряжения, деформации, разрушение. — Москва: Металлургия, 1970. — 229 с.

8. Колмогоров, Г.Л. Технологические остаточные напряжения и их влияние на долговечность и надежность металлоизделий: моногр. — Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. — 226 с.

9. Макаров, А.Д. Оптимизация процессов резания. — Москва: Машиностроение, 1976. — 278 с.

10. Маталин, А.А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин. — Москва; Ленинград: Машгиз, 1956. — 252 с.: ил.; 27 см.

11. Абрамов, В.В. Остаточные напряжения и деформации в металлах. Расчеты методом расчленения тела. — Москва: Машгиз, 1963.

12. Метелев, Б. А., Тудакова, Н. М., Куликова, Е.А. Основы технологии машиностроения. Часть 1: Комплекс учебно-методических материалов. — Н. Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т, 2006. — 119 с.

13. Блюменштейн, В.Ю. Научные основы технологии машиностроения: учеб. пособие [Электронный ресурс]: для студентов направления подготовки 150900. Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств. — Кемерово: КузГТУ, 2011.

14. Брылев, А. В., Савельева, Л.В. Анализ вариантов обработки сложнопрофильной поверхности детали типа тела вращения на примере колесной пары // Инженерный вестник. — 2012. — № 11. — С. 3.

15. Савельева, Л.В. Погрешность формы тонкостенной заготовки при закреплении // Главный механик. — 2015. — №10. — С. 30–34.

16. Яковлева, А. П., Савельева, Л. В., Наумов, В. А., Шарапов, С. Н., Бессуднов, Л.И. Причины разрушения зубчатых колес // Главный механик. — 2017. — №1. — С. 30–35.

17. Фёдорова, Л. В., Фёдоров, С. К., Гамидов, А. Г., Гребенюк, И.М. Влияние электромеханической поверхностной закалки на изменение структуры и микротвердости сплава нирезист // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2018. — № 3. — С. 106–110.

18. Яковлева, А. П., Савельева, Л.В. Управление свойствами поверхностных слоев деталей методом комбинированной обработки // Справочник. Инженерный журнал. — 2020. — №4. — С. 27–30.

Быстрое развитие современного машиностроения ставит перед технологами и конструкторами ряд технологических задач. Это вызвано усложнениями конструкций машин и механизмов, появлением новых материалов, обладающих особыми свойствами [1–12].

К изделиям, работающим в условиях перепадов температур или в условиях повышенных нагрузок, предъявляют высокие требования, в частности к параметрам качества поверхностного слоя (шероховатости, степени упрочнения, величине остаточных напряжений).

В данной работе рассматриваются остаточные напряжения, которые образуются в поверхностном слое при механической обработке и являются одним из важных параметров качества изделия.

Многолетний опыт эксплуатации изделий и проведение различных экспериментов позволяет сделать вывод, что остаточные напряжения влияют на износостойкость, усталостную прочность, коррозионную стойкость и долговечность изделий, и особенно на геометрическую точность.

Отличительной особенностью остаточных напряжений, возникающих в результате механической обработки, является их воздействие на поверхностные слои деталей. Однако такие напряжения могут существенно влиять на прочность и износостойкость изделия.

При точении цилиндрических деталей нормальные напряжения распределяются следующим образом (рис. 1) [13]:

• осевые σо, рассматриваемые в направлении подачи;

• окружные (тангенциальные) στ , рассматриваемые в направлении вектора скорости резания;

• радиальные σr , рассматриваемые перпендикулярно обрабатываемой поверхности.

Остаточные напряжения могут иметь различный знак. Это зависит от характера и интенсивности физикомеханических процессов, происходящих при резании. Различают сжимающие и растягивающие напряжения.

В 1930‑е гг. Давиденковым Н.Н. была предложена наиболее подробная и точная классификация остаточных напряжений, основанная на рентгеновских данных об изменении межатомных расстояний [5, 6], согласно которой напряжения могут быть трех видов: первого рода (макронапряжения), второго рода (микронапряжения) и третьего рода (субмикронапряжения) (таблица).

Для Цитирования:
Савельева, Чудина, Причины возникновения остаточных напряжений при механической обработке поверхностей заготовки. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов. 2021;1.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: