Похибки, викликані деформацією деталей під дією внутрішніх напружень

 

Внутрішніми (залишковими) називаються такі напруження, які є в матеріалі заготовки або готової деталі при відсутності зовнішніх навантажень.

Внутрішні напруження утворюються, наприклад, у відливках внаслідок:

а) нерівномірності охолодження окремих її частин;

б) опору матеріалу форм і стержнів вільному протіканню процесів усадки відливки;

в) нерівномірності фазових чи структурних перетворень металу по січенню відливки.

На величину внутрішніх напружень значний вплив має конфігурація деталі. Максимальні напруження виникають при різких переходах одного січення в інше, а також при  нерівномірному розприділенні мас металу.

Такі напруження виникають у відливках, поковках, при термічній обробці, зварюванні, холодному прокатуванні, правці, волочінні, при обробці металів різанням і при електролітичних покриттях деталей.

Внутрішні напруження взаємно врівноважуються і зовні не проявляються до тих пір, поки їх рівновага не  буде по яким-небудь причинам порушена. Такими причинами можуть бути теплові зміни, видалення припуску із заготовки, вібрації, удари і т.д. В цьому випадку напруження  перерозподіляються, що викликає залишкові деформації заготовок. Інтенсивність перерозподілу внутрішніх напружень значно збільшується після зняття поверхневих шарів металу при механічній обробці. Враховуючи сказане, після чорнової обробки (обдирки) заготовку слід звільнити від затисків, які кріплять її до стола верстата, щоб дати їй можливість  вільно деформуватися під впливом перерозподілу напруг. Після цього можна проводити чистову обробку.

Для зняття внутрішніх напружень у відливках може використовуватися природне або штучне старіння.

При природному старінні відливки витримуються від 15-20 днів до півроку, а іноді (наприклад, станини великих верстатів і т.д.) і більше. Витримування проводять після попередньої обробки відливок. Зняттю внутрішніх напружень при цьому сприяє періодична зміна температури відливки.

Напруження з часом знімаються нерівномірно.  Найбільш інтенсивно процес йде на початку, а потім він поступово сповільнюється.

Природне старіння потребує багато часу, тому вигідніше проводити штучне старіння за допомогою термічної обробки. Правда для великих відливок цей метод не завжди підходить внаслідок відсутності печей великих розмірів.

Типовим режимом термічної обробки з метою штучного старіння відливок є їх повільне нагрівання до 500-600⁰С з витримкою їх при  цій температурі на протязі 2-6 годин і наступним повільним охолодженням разом з піччю до 150-200⁰С. Швидкість нагрівання 150-200⁰/год, а швидкість охолодження – 20⁰/год. Після 200⁰С охолодження відливок можна проводити на повітрі.

Відомі способи штучного старіння за допомогою механічного впливу. Так, наприклад, мілкі і середні деталі поміщають в барабан, який обертається. Масове зіткнення деталей один з одним сприяють зняттю внутрішніх напруг.

Іноді великі деталі в підвішеному стані піддають постукуванню пневматичним молотом. Таке постукування особливо ефективне в місцях різких переходів січень і на границях товстих і тонких частин заготовки.

Внутрішні напруження виникають в деталях, як вже було сказано, і в результаті термічної обробки. Відомі випадки, коли великі і складні деталі руйнувалися на протязі декількох годин після термообробки в результаті дії внутрішніх напружень. Основними заходами, які дозволяють зменшити внутрішнє напруження після термічної обробки деталей,  є:

1) Правильне конструктивне оформлення деталей з плавними переходами від одних об’ємів металу до інших;

2) Чітке виконання технологічного процесу термічної обробки;

3) Введення додаткової операції термообробки – відпуску, який виконується після гартування.

В зварних деталях після зварювання завжди є залишкові деформації і внутрішні напруження. Залишкові деформації ускладнюють встановлення деталей, базування на операціях механічної обробки і приводять до появи додаткових похибок. Для зменшення залишкових деформацій необхідно застосувати ряд технологічних заходів: дотримувати послідовність накладання зварних швів, витримувати задані режими зварювання, проводити термічну правку деталі шляхом накладання спеціальних “фланцевих”  накладних швів і т.д.

Зварювання деталей, як правило, виконують в спеціальних пристосуваннях – кондукторах.

Для зняття внутрішніх напружень після зварювання виконують термічну обробку – відпал, який полягає в нагріванні деталі до температури 600-650⁰С (для конструкційних сталей) з наступним охолодженням разом з піччю.