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工艺装备件力学性能要求

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:需要指出,在加工抗弯强度试样时,应当力求其形状简单并减少应力集中现象,特别要消除因切应力导致不正常破断的可能性。另外,硬度检测后,被检物体不失其完整性和正常的使用价值。2)在原材料化学成分一定的条件下,热处理工艺是影响其强度、硬度及其他力学性能的最主要因素。需要指出,真正表示塑性指标的是塑性挠度,即总挠度减去弹性挠度。

工艺装备件力学性能要求

1.强度

强度是指工、模、量、夹具等在使用时,抵抗外力作用而不破断的能力。由于其受力形式及状态不同,有抗拉强度抗压强度抗弯强度和抗扭强度等区别。在科学试验和生产实践中,可根据实际情况和需要,通过各自的特定试验方法获得具体数据。

由于某些试验方法和试验条件的局限性等原因,一般原材料和调质状态的强度,通常以抗拉强度σb表示,经淬火和低温回火的高硬度状态,一般以抗弯强度σbb表示。

由于各种强度试验均导致试样被破坏,因此不适合对成品或半成品进行强度试验。

在硬度不高于500HBW(51HRC)的调质和退火状态下,钢的抗拉强度(MPa)与硬度在数值上有大致如下关系:

σb=(0.33~0.36)HBW

按该式计算的结果,误差不大于10%。因此,在生产实践中需要了解抗拉强度时,通常用检测硬度方法换算成抗拉强度。不仅方法简便,且不损伤试样。

抗弯强度被广泛应用于考核工、模、量、夹具强度指标。其主要原因,一方面是它能够把具有高硬度(≥52HRC)试样的强度值比较准确地反映出来;另一方面,它还可以在试验过程中通过测量其弯曲挠度,将高硬度试样的塑性大小客观地反映出来。但是,由于抗弯强度试验目前尚无统一的标准试样,以及试样加工的尺寸精度、表面粗糙度和组织结构等具体规定,即影响因素有其不确定性,因此测得的抗弯强度值只能作为条件相同情况下的相对比较。

需要指出,在加工抗弯强度试样时,应当力求其形状简单并减少应力集中现象,特别要消除因切应力导致不正常破断的可能性。如果将试样制作得与考核的工、模具的形状、尺寸及其精度等均十分相似,则可测出更接近于工、模具实际情况的抗弯强度。

2.疲劳强度

疲劳强度是指材料及其工、模、量、夹具在往复交变载荷长时间作用下而不发生破断的能力。按工、模、量、夹具的承载特点,分为接触疲劳、扭转疲劳和弯曲疲劳等。

疲劳强度用于评定材料或工、模、量、夹具的耐疲劳性。试验研究表明,对称循环的弯曲疲劳强度σ-1与抗拉强度σb屈服点σs、断面收缩率ψ等有一定关系:

σ-1=b (1-1)

式中C——系数。通常C值为0.4~0.6之间。σb值愈高,C值愈接近下限。

从式(1-1)看出,当已取得抗拉强度情况下,可以推算其疲劳强度。因此,一般能提高抗拉强度的措施,也能提高其疲劳强度。

3.硬度

硬度是指工、模、量、夹具在使用时,抵抗比它更硬的物体压入的能力。这些比工、模、量、夹具更硬的物质,可能来源于被加工零件发生局部冷作硬化、组织中坚硬的碳化物和夹杂物脱落、尘埃中碳化硅等硬质物的落入等,从而将导致工、模、量、夹具件表面出现凹坑或划痕。

硬度检测能够作为材料科学试验和生产实践反映力学性能广泛使用的方法,是因为硬度与其他力学性能指标(如强度、塑性、韧性等)有一定的大致关系,即由硬度值可以大致推断出其他力学性能指标的优劣。另外,硬度检测后,被检物体不失其完整性和正常的使用价值。

目前,工业生产中广泛使用的硬度试验方法有:布氏硬度试验法、洛氏硬度试验法、维氏硬度试验法、肖氏硬度试验法及里氏硬度试验法等。

在原材料冶金质量正常的情况下,影响工、模、量、夹具强度和硬度的主要因素如下。

1)在相同热处理条件下,随着其含碳量的提高,其强度和硬度均有所提高。合金元素的增加对提高强度表现得十分明显,但对硬度的影响较差。因此,出现许多合金钢热处理后虽然硬度相同,但强度差别较大的现象。

2)在原材料化学成分一定的条件下,热处理工艺是影响其强度、硬度及其他力学性能的最主要因素。

4.塑性(www.xing528.com)

塑性是指工、模、量、夹具在使用过程,偶然发生局部永久变形而不致破断的能力。原材料的塑性好坏,对冷加工热加工的工艺性能有着重要影响。工、模、量、夹具的塑性好坏对其使用的安全性有着重要意义:工、模、量、夹具在具有较好塑性的情况下,使用过程即使偶尔过载也可以避免突然断裂,在一定程度上确保其使用的安全性。因此,塑性对高硬度的工、模具而言,具有不可小视的作用。另外,工、模、量、夹具件较好的塑性对减少其早期失效有利,因为许多工、模、量、夹具件偶而局部过载产生的微量塑性变形,并不能完全失掉其使用价值。

评定塑性的主要指标如下。

1)断后伸长率δ,即拉伸试验时,试样拉断后其相对伸长的百分比

2)断面收缩率ψ,即拉伸试验时,试样拉断后其截面积相对缩小的百分比。断后伸长率和断面收缩率越大,则其塑性越好。

3)屈服点σs,即拉伸试验过程,试样刚刚发生塑性变形时单位面积上所承受的最大力,常用单位是MPa。材料的屈服点表示其抵抗微量塑性变形的能力,屈服点越高,则塑性越差。

4)挠度f,即弯曲试验过程,试样破断时所达到的最大弯曲度,常用单位是mm。需要指出,真正表示塑性指标的是塑性挠度,即总挠度减去弹性挠度。塑性挠度越大,则其塑性越好。

为了使试验数据更趋准确,应将试样加工成较高的尺寸精度和的较低的表面粗糙度值,且其直径与有效长度之比较大(一般为1∶10)为好。

5.冲击韧度

冲击韧度是原材料或工、模、量、夹具在冲击载荷作用下,抵抗发生脆性破断的能力。考核冲击韧度优劣,可根据实际承载特点(大能量低频次或小能量多频次等)选择不同的试验方法。

(1)摆锤式一次冲击试验 这是工程上最常用的一种考核原材料冲击韧度的试验方法。它是以试样单位横截面积上所承受的一次冲击吸收功大小来表示试样的动载荷性能指标(aK,常用单位是J/cm2)。不过,这种一次大能量冲击试验并不符合工业生产中工、模、量、夹具承受冲击载荷而发生破损的实际受力情况。实际上,承受动载荷的工、模、量、夹具大多数是在小能量多次往复冲击作用下工作的。因此,采用小能量多冲试验法更接近于实际。

(2)多次往复冲击试验 这是考核试样在冲击能量不大情况下,多次往复受载而不发生破断的能力。实验证明,对小能量多次冲击的抵抗能力主要取决于试样的强度,塑性居其次。

在原材料冶金质量正常的情况下,影响工、模、量、夹具塑性和韧性的主要因素有这样的规律:通常是提高强度和硬度的因素均会不同程度地降低其塑性和韧性。但随热处理工艺不断创新,已打破了一般规律。例如,各种强韧化热处理工艺可使强度和韧性同时提高,或在不降低韧性条件下大幅度提高强度,或在不降低强度条件下,显著提高韧性等。

6.断裂韧度

断裂韧度是一种标志带有某种缺陷的材料所具有的实际承载能力,即试样的断裂韧度表明其本身所具有的对裂纹扩展的抵抗能力的大小,通常用KⅠC表示。

式中C——裂纹与工件形状的关系系数;

a——裂纹的尺寸;

σc——临界应力。

由式(1-2)可以看出,断裂韧度的概念建立了裂纹前沿区域的应力场与其作用的名义应力、材料性能及引起脆断所必须的裂纹尺寸之间的联系。如此就有可能根据断裂韧度来确定材料最大的实际承载条件。

影响断裂韧度的主要因素如下。

1)材料的断裂韧度是其强度和塑性的综合表现,即能同时提高强度和塑性的因素,一般都能提高其断裂韧度。

2)在很多情况下对提高冲击韧度行之有效的措施,均能提高断裂韧度。

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