Основы теории и технологии контактной точечной сварки (стр. 10 из 44)
 |
Таким образом, из семи исследуемых технологических факторов значимо влияют на величину FД только четыре вышеуказанных: толщина деталей s, расстояние между точками t, величина зазора в месте сварки δ и расстояние от кромки листа до центра свариваемой точки u (рис. 2.9). Влияние же расстояния до соседних сваренных точек t*, угла раскрытия зазора в нахлестке α и радиуса сферы рабочей поверхности электродов RЭ в исследуемом диапазоне их изменения не значимо и находится в пределах статистического разброса измеренных значений FД.
Зависимость FД от значимо влияющих на его величину факторов однозначна при любых их сочетаниях. Величина FД возрастает с увеличением s, δ и u, а также с уменьшением t (рис. 2.9). При этом градиент изменения FД, характеризующий степень влияния каждого из факторов, согласуется с приведенным выше соотношением их дисперсий.
Для определения количественной зависимости между усилием сопротивления свариваемых деталей их прогибу FД и значимо влияющими на его величину технологическими факторами КТС проводились однофакторные эксперименты по общеизвестной методике. Проведенными исследованиями установлено следующее.
С увеличением толщины деталей s характер увеличения усилия сопротивления свариваемых деталей их прогибу FД практически не изменяется при всех сочетаниях остальных значимых факторов (рис. 2.10). Это же можно сказать и о характере уменьшения FД при увеличении расстояния между сваренными точками t (рис. 2.11).
Влияние величины зазора δ и расстояния до кромки листа u на усилие сопротивления свариваемых деталей их прогибу FД не столь однозначно (рис. 2.12). Так, при сжатии деталей у кромки нахлестки, т. е. при небольших значениях u (кривая 1 на рис. 2.12, а) или при небольших отношениях δ/t (рис. 2.12, б), что имеет место при малой величине зазора δ или большом шаге между точками t, увеличение FД происходит практически пропорционально увеличению зазора. Это объясняется тем, что при таких условиях искривление деталей в месте сжатия небольшое, характер деформации листов близок к чистому изгибу и детали деформируются в упругой области (см. рис. 2.1).
 |
При увеличении отношения δ/t деформирование листов переходит от их изгиба к прогибу по типу мембраны. Кривизна деталей в месте сжатия увеличивается и деформации могут выходить за пределы области упругих. В этом случае детали в области, прилегающей к месту сжатия, могут деформироваться упруго-пластически или даже пластически. В следствие этого прямо пропорциональная зависимость усилия FД от величины зазора δ нарушается и рост величины FД замедляется (рис. 2.12, а).
С увеличением расстояния до кромки нахлестки u усилие сопротивления свариваемых деталей их прогибу увеличивается FД (рис. 2.13). Однако в этом случае рост FД происходит только до определенного соотношения между параметрами δ, u и t, а затем прекращается (рис. 2.13, а, б).
Это объясняется тем (см. рис. 2.1), что по мере увеличения отношения u/t характер деформации деталей изменяется от состояния, близкого к чистому изгибу (при малых значениях отношений u/t и δ/t), к состоянию, близкому к чистому прогибу по типу мембраны (при увеличении отношений u/t и δ/t). При достижении отношением u/t определенного значения, которое зависит от соотношения s и δ, соответствующего переходу к прогибу по типу мембраны (рис. 2.1, г), дальнейшее увеличение u на усилие FД практически не влияет.
2.1.3. Экспериментально-расчетный метод определения усилия
деформирования деталей при их сближении
В связи с тем, что точно рассчитать величину усилия сопротивления свариваемых деталей их прогибу FД решением уравнения (2.2) для условий точечной сварки представляет большие трудности, то для решения технологических задач рационально использовать приближенный экспериментально-расчетный метод определения при КТС усилий, необходимых для деформирования деталей до их соприкосновения [91, 100]. Его суть заключается в следующем.
Результаты экспериментальных измерений величины усилия сопротивления свариваемых деталей их прогибу FД при различных сочетаниях технологических факторов значимо влияющих на его величину, приближенно можно описать следующими функциями, которые выражают зависимость FД от каждого из них при неизменных значениях остальных:
,где f1, f2, f3, f4 – функции удовлетворяющие равенствам, которые представляется возможным определить по экспериментальным результатам деформирования свариваемых деталей при конкретных условиях точечной сварки; w – прогиб одной свариваемой детали.
Тогда можно предположить, что существует некая функция f5, которая удовлетворяет условию
. (2.3)Толщину деформируемых деталей в зависимости (2.3) можно выразить через цилиндрическую их жесткость D по зависимости 2.2
,а величину прогиба свариваемой детали w — через величину зазора δ
,
где D1, D2 — цилиндрическая жесткость деталей, причем D1 жесткость более тонкой детали.
С учетом приведенных выше зависимостей выражение (2.3) можно преобразовать к следующему виду:
, (2.4)где f6 – функция, удовлетворяющая равенству.
Эмпирическая зависимость (2.4) структурно согласуется с зависимостями, полученными при аналитических решениях задач прогиба пластинки для идеализированных граничных условий, например, в работе [97].
Анализом результатов экспериментальных исследований зависимости величины усилия сопротивления свариваемых деталей их прогибу FД от значимо влияющих на неё технологических факторов точечной сварки установлено, что параметры u/t, (w/t) и s влияют на величину FД не однозначно. Так, в области упругих деформаций прогиба деталей значение функции f6 в основном зависит только от параметра
. В области же деформаций упругопластических — значения функции f6 уменьшаются с увеличением параметра (w/t) и толщины деталей s.Определено, что с достаточной для приближенных технологических расчетов точностью функции f6 может быть аппроксимирована зависимостью вида
,  |
где А и В – экспериментально определяемые коэффициенты, которые зависят, соответственно, от параметров (u/t) —
и от параметров (w/t) и s — 
(рис. 2.14). Тогда, с учетом сказанного выше, зависимость (2.4) для расчетного определения величины усилия FД сопротивления свариваемых деталей их прогибу можно преобразовать к следующему окончательному виду
, (2.5)где δ — величина зазора в месте сжатия; D1 и D2 — цилиндрическая жесткость деталей (см. зависимость 2.2), причем при неодинаковой их толщине: D1 жесткость более тонкой детали; А и В – экспериментально определяемые коэффициенты (рис. 2.14); t — расстояние между точками.
Сравнение значений FД при различных сочетаниях значимо влияющих на него технологических факторов, в частности, приведенных в
табл. 2.2, показало, что относительное отклонение усилия в плоскости свариваемого контакта εF от усилия сжатия деталей электродами FЭ при сварке деталей этих толщин, равное
, (2.6)даже при исследуемых величинах зазоров (до 3-х мм) находятся в пределах 0,5…10 %. При встречающихся в практике КТС сочетаниях t, δ и s значения εF не превышают 2…5 %.