Основы теории и технологии контактной точечной сварки (стр. 36 из 44)

Многочисленные сравнения расчетных и экспериментальных значений диаметра уплотняющего пояска показали, что их расхождения не превышает 5…15 %. Это, в определенной мере, отражает степень адекватности термодеформационной модели процесса формирования соединения и реального процесса точечной сварки, подтверждает приемлемость сделанных допущений и показывает допустимость использования данной модели для приближенных решений технологических задач КТС [206, 217].

4.1.2. Методика расчета изменения диаметра уплотняющего пояска при контактной точечной сварки с обжатием периферии соединения

Расчет изменения диаметра уплотняющего пояска при контактной точечной сварки с обжатием периферии соединения, как и при традиционных способах КТС, представляет собой математическое моделирование процесса формирования соединения. Он также осуществляется в отдельные дискретные моменты времени t от начала до окончания импульса тока, но только решением относительного диаметра уплотняющего пояска d_Пt уравнения (3.17) термодеформационного равновесия процесса сварки с обжатием периферийной зоны соединения. При этом параметры внешнего силового воздействия на детали заданы как параметры режима сварки.

Последовательность и логика выполнения алгоритма (рис. 4.5) для расчета изменения диаметра уплотняющего пояска при КТС с обжатием периферии соединения [211, 212, 243], организация и выполнение в нем циклов по времени t с неизменным шагом Δt (по блокам 5…13) и по диаметру уплотняющего пояска d_Пt с изменяющимся шагом Δd_Пj (по блокам 7…11) такие же, как и в алгоритме для традиционных способов КТС, показанном на рис. 4.1. Решение задачи также осуществляется методом итераций, так как уравнение (3.17) относительно d_Пt является трансцендентным. Осуществляется алгоритм следующим образом.

Вводимые исходные данные, рационально также разбить на три группы. Первая группа исходных данных, предназначенная для управления работой программы, естественно должна учитывать ее особенности. Вторая же и третья группы исходных данных, содержащие характеристики свариваемого материала, а также технологии и режима сварки, такие же, как и при решении этой задачи для традиционных способов точечной сварки (табл. 4.1).

В большинстве известных способов точечной сварки с обжатием периферийной зоны соединения [59…70, 245] силовое воздействие на детали задают двумя силовыми параметрами режима: усилием F_СВt сжатия деталей приводом сварочной машины и усилием F_0t их обжатия кольцевыми силовыми пуансонами в периферийной зоне соединения (см. рис.1.7) как неизменными, так и программированными по величине. В последнем случае их рационально задавать в виде аппроксимированных функций, например, выраженных зависимостями (4.5) и (4.6). Коэффициенты аппроксимации А_Fсв, В_Fсв, C_Fсв, t_1, a₁, b₁ и А_Fо, В_Fо, C_Fо, t_1, a₂, b₂ в этом случае водятся в исходных данных (табл. 4.3).

Усилие же сжатия на токопроводящем электроде F_Эt определяется из соотношения (1.6) усилий сжатия деталей приводом сварочной машины F_СВ, токопроводящими электродами F_Эt и обжимными втулками F_0t, которое, с учётом необходимости расчетов в дискретные моменты t процесса КТС, можно преобразовать к следующему виду:

. (4.8)

Вычисление диаметра пояска d_Пt в фиксированный момент t, осуществляется также методом итераций путем последовательного приближения (рис. 4.3). Цикл по диаметру уплотняющего пояска d_Пt с уменьшением шага Δd_Пj осуществляется блоками 8...12. В блоках 8...10 последовательно вычисляются значения параметров термодеформационных процессов, протекающих при КТС с обжатием периферийной зоны соединения.

Таблица 4.3

Исходные данные силового воздействия на детали при расчете диаметра уплотняющего пояска по уравнению (3.17)

№ пп	Параметры	Обозначение	Единица измерения
1	Неизменное усилие сжатия приводом сварочной машины	FСВ	Н
3	Неизменное усилие обжатия периферийной зоны соединения	F0	Н
2	Данные для аппроксимации программированного усилия сжатия приводом сварочной машины	АFсвt, ВFсвt, CFсвt, t1, a1, b1	б/р
4	Данные для аппроксимации программированного усилия обжатия периферийной зоны соединения	АFоt, ВFоt, CFоt, t1, a2, b2	б/р

При КТС с обжатием периферийной зоны соединения не все усилие (F_Эt+F_Оt) сжатия деталей электродными устройствами может передаваться в контур уплотняющего пояска. Частично оно может уравновешиваться усилием F_Дt, необходимым для сближения деталей до соприкосновения их поверхностей при наличии между ними зазоров. Кроме того, если сумма усилия F_Дt и усилия F_Уt, передаваемого в контур уплотняющего пояска от обжимных втулок меньше, чем усилие сжатия ими деталей F_Оt, т. е.

, оно частично, на величину F_Кt, зависящую от цилиндрической жесткости деталей и расстояния между контурами уплотняющего пояска и обжимной втулки (см. зависимость (3.19)), которую можно определить по зависимости (3.20), преобразованной к следующему виду:

, (4.9)

уравновешивается в кольцевом контакте.

Поэтому для расчётов d_Пt уравнение (3.17) рационально преобразовать к виду:

.

Левая часть этого равенства согласно (3.9), (3.10) и (3.21) равна усилию F_Ct, уравновешиваемому в площади свариваемого контакта давлением в ядре Р_Яt и напряжениями в уплотняющем пояске σ_CРt. Правая же его часть равна усилию

, которое передаётся в контур уплотняющего пояска от воздействия на детали токопроводящими электродами F_Эt и обжимными втулками F_0t:

. (4.10)

При итерациях по диаметру уплотняющего пояска d_Пt сравниваются значения

и (блок 9). Пока выполняется условие, что , циклы по d_Пt продолжаются с тем же шагом Δd_Пj переходом в блок 7. Если же это условие не выполняется, т. е. , а (блок 10), то d_Пt уменьшается на Δd_Пj, затем уменьшается Δd_Пj (блок 11) и циклы по d_Пt продолжаются. Если же , циклы по d_Пt заканчиваются, фиксируются результаты расчётов (блок 12) и осуществляется переход в цикл по времени (блок 13). После выполнения заданного числа шагов расчетов по времени производится заданный вывод полученных результатов (блок 14) и решение задачи заканчивается.

Оценку адекватности термодеформационной модели процесса точечной сварки с обжатием периферийной зоны соединения реальному процессу формирования соединения производили так же обобщенно, как и проверку описанной выше термодеформационной модели для традиционных способов точечной сварки. Так же при сварке деталей осуществляли прерывания процесса формирования соединения и измеряли диаметр уплотняющего пояска, а затем сравнивали его значения с расчетными для тех же условий сварки и моментов формирования соединения.