Производственные технологии (стр. 2 из 3)
2) циклическую долговечность- число циклов (или эксплуатационных часов), которые выдерживают материал до образования усталостной трещины определенной протяженности или до усталостного разрушения при заданном напряжении. Долговечность также может быть неограниченной (при σmax < σ-1) и ограниченной (при σmax > σ-1).
Кривые выносливости в области ограниченной долговечности определяют на основе статистической обработки результатов испытаний. Это связано со значительным разбросом долговечности из-за ее высокой чувствительности к состоянию поверхности образцов.
Кроме определения рассмотренных выше критериев многоцикловой выносливости, для некоторых специальных случаев применяют испытания на малоцикловую усталость. Их проводят при высоких напряжениях (выше при σ0,2) и малой частоте нагружения (обычно не более 5 Гц). Эти испытания имитируют условия работы конструкций (например, самолетных), которые воспринимают редкие, но значительные циклические нагрузки. База таких испытаний не превышает 5*104 циклов, поэтому малоцикловую усталость материала характеризует левая верхняя ветвь кривой усталости (рис. 5).
Кривые усталости характеризуют стадию разрушения и не отражают процессы, ему предшествующие. Более показательна обобщенная диаграмма усталости (рис.6). Она содержит дополнительные линии (штриховые), выделяющие в процессах усталости три стадии.
Обобщенная диаграмма позволяет установить дополнительные критерии выносливости. Из них наиболее важное значение имеет живучесть, определяемая скоростью роста трещины усталости (СРТУ). Живучесть характеризует способность материала работать в поврежденном состоянии после образования трещины (в области II на рис.6). Живучесть (СРТУ) - критерий надежности материала, с помощью которого прогнозируют работоспособность детали, рассчитанную на циклическую прочность по ограниченному пределу выносливости. При высокой живучести (малой СРТУ) можно своевременно путем дефектоскопии обнаружить трещину, заменить деталь и обеспечить безаварийную работу конструкции.
Конструкционная прочность - комплексная характеристика, включающая сочетание критериев прочности, жесткости, надежности и долговечности.
Критерии прочности материала выбирают в зависимости от условий его работы. При статических нагрузках критериями прочности являются временное сопротивление σB и предел текучести σ0,2 (σT) характеризующие сопротивление материала пластической деформации. Поскольку при работе большинства деталей пластическая деформация недопустима, то их несущую способность, как правило, определяют по пределу текучести. Для приближенной оценки статической прочности используют твердость НВ (для сталей справедливо эмпирическое соотношение σB- НВ/3,4).
Большинство деталей машин испытывает длительные циклические нагрузки. Критерий их прочности - предел выносливости σR (при симметричном круговом изгибе σ-1).
По значениям выбранных критериев прочности рассчитывают допустимые рабочие напряжения. При этом, чем больше прочность материала, тем выше допустимые рабочие напряжения и меньше размеры и масса детали.
Однако повышение уровня прочности материала и, как следствие, рабочих напряжений сопровождается увеличением упругих деформаций
Εупр = σ / Е
где Е - модуль нормальной упругости.
Для материалов, используемых в авиационной и ракетной технике, важна эффективность материала по массе. Она оценивается удельными характеристиками: удельной прочностью σB/(ρg) (где ρ - плотность материала; g - ускорение свободного падения) и удельной жесткостью Е/(pg).
В качестве критериев конструкционной прочности выбирают те характеристики, которые наиболее полно отражают прочность в условиях эксплуатации.
Кроме стандартных механических характеристик σBи σ0,2 характеризующих металлургическое и технологическое качество материала, для оценки конструкционной прочности необходимы характеристики прочности при рабочих температурах и в эксплуатационных средах.
Например, для расчета на прочность вала, работающего во влажной атмосфере при 250°С, необходимы σBи σ0,2 ,Eпри такой температуре, а также σ-1, определенный во влажной среде и при нагреве.
Работоспособность материала детали в условиях эксплуатации характеризуют следующие критерии конструкционной прочности:
1. Критерии прочности σB, σ0,2, σ-1, которые при заданном запасе прочности определяют допустимые рабочие напряжения, массу и размеры деталей;
2. Модули упругости Е, G, которые при заданной геометрии детали определяют величину упругих деформаций, т.е. ее жесткость;
3. Пластичность d, y, ударная вязкость КСТ, KCV, KCU, вязкость разрушения К1с,порог хладноломкости t50, которые оценивают надежность материала в эксплуатации;
4. Циклическая долговечность, скорости изнашивания, ползучести, коррозии, определяющие долговечность материала.
2.Любой технологический процесс можно рассмотреть как систему более мелких технологических процессов или как часть более сложного технологического процесса.
Например, технологический процесс сборки двигателя автомобиля можно разделить на более мелкие системы сборки блока цилиндров, кривошипно-шатунного механизма и др. С другой стороны сам технологический процесс сборки двигателя является частью технологического процесса сборки автомобиля в целом.
Сложный технологический процесс состоит из: элементарных технологических процессов, технологических операций, технологических и вспомогательных переходов, рабочих и вспомогательных ходов.
Элементарный технологический процесс, который при дальнейшем упрощении теряет свои характерные признаки.
Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и характеризуемая постоянством используемого сырья, применяемого оборудования и характером воздействия на сырье.
Технологический переход (Тех.П) - законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством применяемого оборудования и инструмента, режимов работы оборудования и местом воздействия на сырье.
Вспомогательный переход (Всп.П) - часть технологической операции, которая в отличии от технологического перехода не связана с воздействием инструмента на исходное сырье, но необходимая для выполнения технологического перехода (например, установка детали, включение станка, снятие детали и др.)
Рабочий ход (Рх) - элементарное звено технологического перехода, характеризуемое однократным воздействием инструмента на сырье, приводящее к изменению его состояния (формы, размеров, свойств).
Вспомогательный ход (Вх) - часть технологического перехода, характеризуемого однократным действием, не приводящим к изменению состояния сырья.
Структура технологического процесса представлена на рис. 7.
Проиллюстрируем вышеизложенное на примере технологического процесса обработки материалов резанием, включающего технологические операции: точения, сверления, фрезерования. В свою очередь, простейшая операция, например сверление, включает в себя технологический переход (непосредственно сверление) и вспомогательные переходы (установка обрабатываемой детали, инструмента, включение станка, снятие детали после обработки). Технологический переход сверления, в свою очередь, включает - один рабочий ход (снятие стружки и образование отверстия в детали) и два вспомогательных хода (подвод сверла к детали и отвод сверла в исходное положение после получения отверстия).
Рис. 7. Структура технологического процесса
Необходимо отметить, что особенностью технологических операций в некоторых технологических процессах может быть неполный набор их составных элементов (например, отсутствие вспомогательного перехода - в станках автоматах), а для некоторых технологий совмещение по времени вспомогательного хода с рабочим.
Основополагающим звеном в технологическом процессе является рабочий ход - то элементарное звено воздействия на сырье, которое характеризует сущность технологического процесса.
По способу организации технологические процессы делятся на две группы:
1. Процессы с дискретными технологическими циклами характеризуются последовательным проведением всех стадий процесса в одном агрегате. Он образуется при наличии регулярного чередования рабочих и вспомогательных ходов с четким разграничением их по времени реализации. Например, при обработке материалов резанием происходит установка детали на станке, ее обработка, контроль, снятие и так далее с последующими деталями; при обжиге кирпича или термообработке стали, проводимых в печах периодического действия.
Чаще всего технологические процессы с дискретными циклами реализуются в машиностроении, добывающих отраслях промышленности, капитальном строительстве и т.д.
2. Процессы с непрерывными технологическими циклами не имеют резко выраженного чередования во времени рабочих и вспомогательных ходов (характеризуются одновременным выполнением рабочих и вспомогательных ходов), сырье непрерывно вводится в технологический процесс и готовый продукт выдается непрерывно.
Технологические процессы с непрерывными технологическими циклами реализуются в химической промышленности, металлургии, энергетике и т.д.
Наиболее экономичным видом процессов являются непрерывные, имеющие преимущества перед периодическими (дискретными):