ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №5
Исследование остаточных напряжений в деталях при обработке резанием и методам поверхностного пластического деформирования
Цель работы: ознакомление с видами остаточных напряжений в металлах и сплавах и методами их определения.
Задание
Проведены исследования влияния силы давления сферического выглаживателя на величину остаточных напряжений, возникающих при обработке деталей исследуемым методом поверхностного пластического деформирования (ППД). Обработке методом ППД подвергались тонкостенные цилиндры, из которых в дальнейшем вырезались образцы кольца и полоски. Образцы кольца разрезались по радиусу и измерялось изменение δр их диаметра в результате разрезки. После вырезки из цилиндра полоски выполнялось измерение ее прогиба f в. Далее электролитическим травлением проведено последовательное удаление слоев с наружной поверхности образцов с измерением прогиба fi образцов полосок и изменения δ i диаметра колец после удаления каждого поверхностного слоя. Результаты измерений деформации образцов приведены в табл. 1.
Толщина всех образцов составляла h = 5 мм; длина образцов полосок l = 100 мм; средний диаметр колец D ср = 45 мм. Величина деформации образцов фиксировалась после каждого снятого слоя. Все последовательно удаляемые с исследуемого образца слои 
имели одинаковую толщину.
Произвести обработку первичных результатов экспериментального исследования остаточных напряжений. Результаты обработки представить в графической форме и привести описание качественного и количественного изменения тангенциальных и осевых составляющих остаточных напряжений в зависимости от силы давления инструмента.
Результаты измерений деформации образцов
из стали 40Х (HRC 56, E = 220000 МПа; μ = 0,35),
Обработанных алмазным выглаживанием с различными силами
сферическим выглаживателем R = 1мм. [5].
| Опыт № 2 | ||||
| Режим обработки: Сила P=100Н | ||||
| Результаты измерений деформации колец δ i и полосок fi, мм; δр=0,15мм; f в=-0,12мм | ||||
| № слоя, i | Толщина удаленного слоя, мм | δ i | fi | |
| единич-ного, Δ i | общего, a i | |||
| 0,02 | ||||
| 0,02 | 0,02 | -0,0027 | -0,0270 | |
| 0,02 | 0,04 | 0,0027 | -0,0451 | |
| 0,02 | 0,06 | 0,0119 | -0,0582 | |
| 0,02 | 0,08 | 0,0228 | -0,0674 | |
| 0,02 | 0,10 | 0,0324 | -0,0771 | |
| 0,02 | 0,12 | 0,0433 | -0,0809 | |
| 0,02 | 0,14 | 0,0480 | -0,0896 | |
| 0,02 | 0,16 | 0,0568 | -0,0908 | |
| 0,02 | 0,18 | 0,0603 | -0,0976 | |
| 0,02 | 0,20 | 0,0687 | -0,0967 | |
| 0,02 | 0,22 | 0,0702 | -0,1031 | |
| 0,02 | 0,24 | 0,0766 | -0,1038 | |
| Опыт № 4 | ||||
| Режим обработки: Сила P=200Н | ||||
| Результаты измерений деформации колец δ i и полосок fi, мм; δр=0,20мм; f в=-0,15мм | ||||
| № слоя, i | Толщина удаленного слоя, мм | δ i | fi | |
| единич-ного, Δ i | общего, a i | |||
| 0,02 | ||||
| 0,02 | 0,02 | -0,0065 | -0,0377 | |
| 0,02 | 0,04 | -0,0075 | -0,0655 | |
| 0,02 | 0,06 | -0,0048 | -0,0885 | |
| 0,02 | 0,08 | 0,0014 | -0,1060 | |
| 0,02 | 0,10 | 0,0101 | -0,1233 | |
| 0,02 | 0,12 | 0,0212 | -0,1356 | |
| 0,02 | 0,14 | 0,0344 | -0,1483 | |
| 0,02 | 0,16 | 0,0465 | -0,1586 | |
| 0,02 | 0,18 | 0,0567 | -0,1682 | |
| 0,02 | 0,20 | 0,0637 | -0,1792 | |
| 0,02 | 0,22 | 0,0707 | -0,1882 | |
| 0,02 | 0,24 | 0,0763 | -0,1966 |
Результаты выполнения задания
Поскольку исследование остаточных напряжений произведено методом колец и полосок, то обработку результатов измерений деформации образцов при стравливании поверхностных слоев выполним по формулам (1)-(4):
; (1)
, (4)
где 
и 
- функции деформации образца:
· кольца
; (3)
· полоски
. (4)
Учитывая, что при механической обработке деталей на финишных операциях остаточные напряжения формируются в поверхностном слое толщиной в несколько десятых долей миллиметра, что более чем на порядок меньше толщины используемых образцов, последним слагаемым в формулах функций F θ и Fz пренебрегаем.
Вычисление напряжений осуществим в среде Excel. В форме рисунок 1, рисунок 2, рисунок 3, рисунок 4 приведен лист Excel с результатами обработки опытных данных.
Рисунок 1 – График остаточных напряжений в опыте №2
Рисунок 2 - Результаты вычислений остаточных напряжений во втором опыте
Рисунок 3 – График остаточных напряжений в опыте №4
Рисунок 4 - График остаточных напряжений в опыте №4
Выводы.
1.При выглаживании сферическим выглаживателем в поверхностном слое обработанной детали сформировались в 1 опыте растягивающие тангенциальные и сжимающие осевые остаточные напряжения, имеющие на поверхности детали максимальные значения, равные 414,61 и 82,99 МПа соответственно. А во 2 опыте растягивающие тангенциальные и осевые остаточные напряжения, имеющие на поверхности детали максимальные значения, равные 3,77 и 455,23 МПа соответственно.
2. В обоих опытах наблюдается снижение величины касательных и осевых остаточных напряжений по мере удаления от поверхностного слоя. Минимальные значения при этом достигаются на глубине порядка 0,20…0,24 мм.