, (4.7)
где FЯt – усилие, развиваемое давлением жидкого металла в площади ядра; FПt – усилие в площади уплотняющего пояска; FДt — усилие, необходимое для деформации деталей при их сближении до соприкосновения.
Горячая обработка металлов давлением производится, как правило, при температурах выше температуры рекристаллизации. Для этого интервала температур и определены в основном параметры сопротивления деформации материалов. Для области низких температур эти данные зачастую отсутствуют. Поэтому при расчетах с использованием параметров сопротивления деформации металла, его значения на область низких температур остается только экстраполировать. Однако для этих интервалов температур для большинства материалов известны зависимости от температуры их пределов текучести. Поэтому, при температурах материала, меньше которых не определены значения сопротивления деформации σДt (при TДt < Tσ), его значения рационально принимать равными пределу текучести σТt (блок 8). Это условие, при отсутствии значений сопротивления деформации, позволяет расчеты вообще производить по пределу текучести.
Использование в расчетах σДt и σТt оправдало двумя обстоятельствами. Во-первых, при сварке значения TДt достигают значений Tσ как правило за время t < 0,05…0,1 tСВ. Во-вторых, разница значений σДt и σТt быстро уменьшается по мере уменьшения жесткости режимов сварки и увеличения толщины свариваемых деталей.
Рассчитанное в блоке 8 значение усилие сжатия электродов сравнивается с заданным FЭt (блок 9). Пока выполняется условие, что , цикл по dПt продолжается с тем же шагом ΔdПj переходом в блок 7. Если же это условие не выполняется, то есть , то абсолютная разность между ними сравнивается с заданной погрешностью еF (блок 10). В случае, если , то значение dПt уменьшается на ΔdПj, а ΔdПj уменьшается вдвое (блок 11) и осуществляется переход в блок 7, где dПt увеличивается на измененное значение ΔdПj и циклы по dПt продолжаются[3]. Если же, то абсолютная разность между истинным значением диаметра уплотняющего пояска dП0 и расчётным dПi меньше или равна допускаемой погрешности еd: (см. рис. 4.3). На этом циклы по dПt заканчиваются и фиксируются результаты расчётов (блок 12). При условии, что i < n+1 (блок 13), осуществляется переход в блок 5 и цикл по времени продолжается на следующем шаге расчета по t. После выполнения заданного числа шагов расчетов по времени t производится заданный вывод полученных результатов (блок 14) и решение задачи заканчивается.
Диаметр уплотняющего пояска относится к тем немногочисленным параметрам процесса точечной сварки, которые можно легко измерить экспериментально. Вследствие этого, измеряя изменение диаметра уплотняющего пояска в процессе формирования соединения, представляется возможность оценить точность методики расчетов как диаметра уплотняющего пояска, так и обобщенно всех параметров термодеформационных процессов, используемых при решении уравнения (3.11).
Для проверки описанной выше термодеформационной модели процесса точечной сварки детали сваривали с прерываниями его в моменты ti (через 0,02 с) и измеряли полученный диаметр уплотняющего пояска. Для этих же условий сварки и моментов ti процесса формирования соединения производили расчет диаметра уплотняющего пояска dПt по описанной выше методике и сравнивали расчетные его значения с его величиной, измеренной экспериментально. Например, на рис. 4.4 показано изменение диаметра уплотняющего пояска в процессе формирования соединения, полученная экспериментально (кривая 1) и расчетом по описанной выше методике математического моделирования процесса КТС (кривая 2).
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 dПt 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 dПt с изменяющимся шагом ΔdПj (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 dПt 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 FСВt сжатия деталей приводом сварочной машины и усилием F0t 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 АFсв, ВFсв, CFсв, t1, a1, b1 и АFо, ВFо, CFо, t1, a2, b2 в этом случае водятся в исходных данных (табл. 4.3).
Усилие же сжатия на токопроводящем электроде FЭt определяется из соотношения (1.6) усилий сжатия деталей приводом сварочной машины FСВ, токопроводящими электродами FЭt и обжимными втулками F0t, которое, с учётом необходимости расчетов в дискретные моменты t процесса КТС, можно преобразовать к следующему виду:
. (4.8)
Вычисление диаметра пояска dПt в фиксированный момент t, осуществляется также методом итераций путем последовательного приближения (рис. 4.3). Цикл по диаметру уплотняющего пояска dПt с уменьшением шага ΔdПj 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 (FЭt+FОt) сжатия деталей электродными устройствами может передаваться в контур уплотняющего пояска. Частично оно может уравновешиваться усилием FДt, необходимым для сближения деталей до соприкосновения их поверхностей при наличии между ними зазоров. Кроме того, если сумма усилия FДt и усилия FУt, передаваемого в контур уплотняющего пояска от обжимных втулок меньше, чем усилие сжатия ими деталей FОt, т. е. , оно частично, на величину FКt, 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:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37
