Рис. 1.8. Схематическое изображение стыкового механического контакта волнистой и шероховатой поверхностей

ло элементарных ллощадок п определяется и волнистостью контактируемых деталей (см. рис. 1.2). В связи с этим введено понятие контурной площади контакта. Эту площадь обозначают Л с и ее размер определяют теми границами, в пределах которых вписываются все элементарные площади контакта ЛЛ,..

Размер площади сечения всей свариваемой детали, или размер предельно возможной площади контактирования деталей, называют номинальной площадью контакта и обозначают символом Аа.

В технологии машиностроения принято определять относительную деформацию единичной пирамиды следующим образом (см. рис. 1.3):

е=.-=-1-; =Л(1-в).

(1.3); (1.4)

Относительную деформацию группы микропирамид, составляющих фактическую площадь контакта, согласно экспериментальным данным Н. Б. Демкина [31, принято вычислять так:

в = [р/(/;,. Ь)1 (1.5)

В этой формуле коэффициенты Ь и v характеризуют деформационную способность шероховатой поверхности чисто геометрически, без учета способа обработки поверхности ее физического состояния; р - давление, усредненное по контурной площади контакта; Рс.д - сопротивление деформации микропирамид, это показатель в значительной степени неопределенный, его величина зависит от способа обработки поверхности металла и энергии, с какой это делалось.

В технологии машиностроения величину Рс.д Для всех видов станочной обработки рекомендуют принимать, в среднем, равной тройному пределу текучести металла

Ро.д = За,. (1.6)

Опыт показал, что для свариваемых контактов при точечной и стыковой сварке это соотношение дает удовлетворительные результаты при расчетах площадей контактирования.

Контактные площади определяются критериальным числом [71

Z = а-

(1.7)

Рс.двпл *

где 6 - температура металла в зоне контактирования; бпл - температура плавления. 18

Контурная площадь контакта определяется 171 в зависимости от критерия деформационного подобия Z по формуле

Л = Л 0-е-). (1.8)

При Z 4Лс fl Ло в холодном контакте при 6 = вхол такое равенство может наступить при р = Рсд. Тогда, приравнивая

определяем коэффициент

а = 4епл/ехол. (1.9)

Подставляя его в формулу (1.7), получаем значение критерия Z как для холодного, так и для горячего контактов

2=4р9/(ре.дехол). (1.10)

где бол! ~ комнатная температура, равная примерно 300 К; 6 -- температура горячего металла в зоне контактирования. Значение Рсд можно принимать по соотношению (1.6), т. е. равным тройному пределу текучести.

Если контурная площадь под действием давления и нагрева стремится в пределе к номинальной, то, видимо, фактическая площадь имеет своим пределом контурную. Закономерность изменения фактической площади под действием давления и нагрева, очевидно, также должна определяться критериальным числом, аналогичным Z. В [71 он был обозначен символом X и определен следующими соотношениями:

для грубообработанных поверхностей, когда значение показателя степени в формуле (1.5) принимается равным двум (см. табл. 5 приложения), критерий X равен

Х = едр/(2еолО,Ь); (1.11)

для тонкой (чистой) обработки при v ~ 3

Xv=3 - едр/(9 олСГтЬ). (1.12)

Для холодных контактов, когда температуру выступа можно считать 9д = 0SO.1, эти формулы соответственно принимают вид:

v2 = р/(ст*2Ь); Xv==3 = Р/{а,Ь), (1.13); (1.14)

где 0 - предел текучести металла в предельно наклепанном состоянии (при деформации 80-90 %). Коэффициент Ь приведен в табл. 5 приложения.

Фактическую площадь контакта определяют по формуле

Л==Ле{1~е-). (1.15)

Формулы (1.П)-(1.3.5) полностью достоверны для машиностроительных контактов, Б которых все деформационные, струк-

tkiii

а В

У /Ш W /M ш шт w MWA

Рис. 1.9. Схемы распределения напряжений по плоскости контактирования в статических механических контактах

, f<<ei{<ft(tt(tf(f

турные и, следовательно, электрические микропроцессы успокоились и стабилизировались. Для свариваемых контактов в моменты их образования определение площади весьма затруднительно, особенно при действии ударных сдавливающих сил. Для такого рода нагрузок на контакт значения величин Рс.д. <т, входящих в структуру критериев Z и X, могут заметно различаться в зависимости от программы приложения давления, действующего на контакт и, следовательно, в зависимости от мгновенной концентрации энергии в плоскости контакта.

Вопросам концентраций и распределения действующих механических напряжений посвящено много литературы. Для условий контактной и некоторых других процессов сварки давлением схемы силового взаимодействия представляют значительный интерес. 2

На рис. 1.9 показаны эпюры распределения механических напряжений по плоскостям контактирования и плоскостям резкого изменения сечений.

Для практических расчетов принимают, что под абсолютно жестким пуансоном (рис. 1.9, а) абсолютно жесткая плита равномерно нагружается силой Я, т. е. полагают, что

р = PKnf).

В действительности распределение давления происходит по закону

Р (1.16)