Способ снятия остаточных напряжений в деталях
СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ДЕТАЛЯХ, включающий предварительное статическре нагружение детали и вибрацию при резонансных частотах отдельных ее частей, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессу, повышения геометрической и размерной точности при их эксплуатации, осуществляют предварительное статическое нагружение частей деталей с максимальными остаточными напряжениями до величины суммарных напряжений в 1,05-1,3 раза больших предела текучести материала деталей.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ/
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3389409/22-02
1 (22) .25.01. 82 (46) 28 ° 02.84. Бюл. 9 8 (72) В.Г.Горенко., Ю.A.Пронин, П.В.Русаков и А.А.Снежко (71) Институт проблем литья АН УССР (53) 621.9.048.6 (088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
М 637232, кл. В 23 P 25/00, 1979.
2. Авторское свидетельство СССР
М 559970, кл. С 21 D 1/30, 1975. (54)(57) СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ
НАПРЯЖЕНИЙ В ДЕТАЛЯХ, включающий
3(5)) С 21 0 10 00 В 23 Р 25 0 предваритель ное статическое нагружение детали и вибрацию при резонансных частотах отдельных ее частей, отличающий сятем,что,с целью интенсификации процесса, повышения геометрической и размерной точности при их эксплуатации, осуществляют предварительное статическое нагружение частей деталей с максимальными остаточными напряжениями до величины суммарных напряжений в 1,05-1,3 раза больших предела текучести материала деталей.
1076474
20
Недостатком указанного способа является то, что статическое нагружение деталей проводится без учета конструктивных особенностей деталей, 40 величины остаточных напряжений в деталях и величины суммарных напряжений в отдельных наиболее нагружен- . ных частях деталей.
Нагружение сосредоточенной мас- 45 сой приводит к уменьшению амплитуды колебаний части отливки, вошедшей в резонанс. Нагружение части детали, вошедшей в резонанс, происходит от изгибных колебаний и зависит от величины амплитуды изгиба.
Так как величина изгиба за каждый цикл колебаний имеет положительную и отрицательную величину относительно нейтральной оси, то по сечению части детали, вошедшей в резонанс, возникают сжимающие и растягивающие напряжения определенной величины..
Чем больше-величина сосредоточенной массы, которая нагружает обрабатываемую деталь, тем при резонан- 60 оных частотах получается меньшая величина изгиба за цикл и тем меньше величина возникающих циклических (сжимающих и растягивающих ) напряжений. Таким образом, применение 65
Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам снятия напряжений путем приложения к деталям нагрузок, приводящих к получению суммарных напряжений, превышающих предел текучести материала деталей.
Известен способ уменьшения уровня остаточных напряжений в деталях, включающий вибрационное нагружение с наложением крутильных колебаний вокруг оси, перпендикулярной главной составляющей остаточных напряжений (Ц .
К недостаткам способа относится то, что получаемая скорость протекания релаксации остаточных напряжений в деталях мала и снижение уровня остаточных напряжений получается небольшое, поэтому детали в процессе эксплуатации деформируются и имеют малую стабильность размеров, особенно в тех частях деталей „ где сохраняется высокий уровень остаточных напряжений °
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому являет ся способ снятия внутренних напряжений в металлических деталях, обеспечивающий ускорение процесса снижения уровня напряжений, включающий предварительное нагружение деталей сосредоточенной массой, величина которой составляет
0,03-50 величины массы обрабатываемой детали, и последующую вибрацию детали при резонансной частоте (2l .
30 данного способа не позволяет стабильно, во всем пределе нагружения сосредоточенной массой, получить увеличение скорости протекания процесса релаксации остаточных напряжений и повысить геометрическую и размерную точность деталей при их эксплуатации.
Цель изобретения — интенсификация процесса, повышение геометрической и размерной точности деталей при их эксплуатации.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу снятия остаточных напряжений в деталях, включающему предварительное статическое нагружение детали и вибрацию при резонансных частотах отдельных ее частей, осуществляют предварительное статическое нагружение частей деталей с максимальными остаточными напряжениями до величины суммарных напряжений в 1,05-1,3 раза больших. предела текучести материала деталей.
Сущность изобретения заключается в том, что основные, наиболее нагруженные растягивающими напряжениями элементы деталей предварительно нагружают статическими нагрузками, а затем вибрируют при резонансных частотах этих элементов деталей, нагружая динамическими нагружениями такой величины, чтобы суммарные напряжения в этих элементах деталей были в 1,05-1,3 раза большими, чем предел текучести материала детали.
Обычно величина остаточных растягивающих напряжений в основных элементах отливок составляет 40-803 от величины предела текучести материала. Для получения необходимых величин суммарных напряжений, обеспечивающих повышение скорости и полноты протекания процесса релаксации остаточных напряжений, величина прилагаемых статических напряжений должна составлять 20-50% от предела текучести материала, так как величина динамических напряжений, возникающих при вибрации элементов деталей при их резонансных частотах, не превышает 15-.40Ъ от величины предела текучести материала.
Если суммарные напряжения, прикладываемые к наиболее нагруженным элементам отливок, достигают величин в 1,05-1,3 раза больших предела текучести материала, в этих частях деталей происходит пластическая деформация, сопровождающаяся снижением уровня остаточных напряжений и значительным перераспределением напряжений во всей конструкции.
При превышении величиной суммарных напряжений меньше чем в 1,05 раза предела текучести материала скорость деформации наиболее нагруженI
1076 474
ЗО
55 ных элементов деталей оказывается недостаточной и для оптимального снижения уровня остаточных напряжений процесс приложения вибронагрузок должен быть длительным.
При превышении суммарными напряжениями предела текучести более чем в 1,3 раза скорость деформации элементов деталей получается большой и неравномерной в различных частях деталей, в результате детали коробятся и в наиболее нагруженных элементах образуются трещины.
КратковремеНное циклическое нагружение, которое получается при вибрационном нагружении частей отливок при резонансной частоте, позволяет на полуцикле нагружения получить необходимую величину напряжений, равную 1,05-1,3 предела текучести материала, и при этом снижается уровень остаточных напряжений, а перераспределение напряжений в отливках не вызывает образования в них трещин.
Обработанные согласно предлагаемому способу детали имеют низкий уровень остаточных напряжений, и поэтому при. эксплуатации сохраняется геометрическая и размерная точность деталей.
Пример. Сравнительные исследования обработки по известному и предлагаемому способам проводят на корпусе редуктора вальцов для резины, изготовленного из чугуна марки СЧ 20.
Габаритные размеры отливки 1160х680х х820 масса 825 кг, преобладающая толщина стенок 15 мм. Исследование уровня остаточных напряжений в отливке показывают, что наибольший уровень растягивающих напряжений наблюдается в зоне сопряжения подшип- ников с боковыми стенками корпуса редуктора.
Полученные при проведении исследований данные приведены в таблице.
Из данных таблицы видно, что режимы 1-4 соответствуют известному способу, режим 5 имеет суммарную нагрузку меньше необходимой, режим
10 имеет суммарную нагрузку больше необходимой, а режимы 6-9 соответствуют предлагаемому способу.
Нагружение редуктора по предлагаемому способу производится струбцинами, специальными домкратами, скобами, которые могут изготовляться специально для определенной детали или могут быть унифицированы.
Исследования показывают, что использование для нагружения сосредоточенной массы в пределах 0,03-50 величин массы обрабатываемой детали, особенно при верхнем пределе нагружения, вызывает в частях детали с максимальным уровнем растягивающих напряжений сжимающие напряжения. Кроме того, нагружение деталей сосредоточенной массой значительно увеличивает нагрузку на вибраторы и уменьшает величину напряжений, возникающих в различных частях деталей при их вибрации при резонансных частотах.
Проведенные измерения расточенных деталей корпусов червячных редукторов, результаты испытаний которых представлены в таблице, показывают,что, если овальность внутрен- него диаметра корпуса червячного колеса при использовании известного способа виброобработки деталей составляет 0,9-0,12 мм (режимы 1-4), тс при использовании предлагаемого способа виброобработки величина овальности диаметра уменьшается до 0,040,05 мм (режимы 9-11), т.е. больше, чем в два раза. У деталей корпусов, не прошедших процесс виброобработки, овальность диаметра после расточ-. ки составляет 0,15-0,18 мм.
Таким образом, предлагаеьый способ по сравнению с известным позволяет получить детали с большей гео- . метрической и размерной точностью.
Полученные результаты показывают, что по сравнению с известным предлагаемый способ снятия остаточных напряжений в деталях позволяет в местах наличия максимальных растягивающих напряжений снизить уровень напряжения а 37,4-38,1 до 27,5-29,3 МПа.
- Кроме того, установлено, что исполь45 зование предлагаемого способа lloPBo» ляет уменьшить в 1,65-1,9 раза деформацию деталей в процессе эксплуатации.
Ъ
Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого способа за счет снижения уровня остаточных напряжений на 20-27%, уменьшения деформации деталей в 1,65-1,9 раза и повышения геометрической точности деталей составит 6,32-6,78 руб. на
1 т годных деталей типа корпусов ре-. дукторов.
1076474
Режим обработки
Показатели
37,6
37,5
38,0
37,8
37,7
38-46 38-46
38-46
38-46 38-46
0,03 18,0 30,0
50,0
20,2 33 4
54,3
0,16
69,5
0,8
0,75
0,8
0,8
0,75
2 9,.8
21,4
21,9
26,4
23,7
142
142
142
142
142
137
4,6
64,04 40,1 26,5
Максимальная величина остаточных напряжений в отливках после предлагаемой обработки, МПа 34,8
35,7.
30,4
34,8
34,3
Продолжение таблицы
Режим обработки
Показатели
7 8
37,5
37,9
37,4
37,6
38,1
Величина максимальных растягивающих остаточных напряжений в отливках,NIIa
Величина рабочих напря» жений в процессе эксплуатации отливки, МПа
Величина нагружения в массе от массы отливки
Величина сжимающих напряжений, возникающих в отливках при нагружении их сосредоточенной массой, МПа
Максимальная величина растягивающих напряжений от статического нагружения деталей, МПа
Пределы частоты вибрационной обработки детали, .Гц
Длитель ность вибрационного нагружения деталей,ч
Величина растягивающих напряжений, возникающих при вибрационной обработке отливок, МПа
Величина предела текучести материала отливки,МПа
Величина суммарных напряжений в отливке при ее обработке по различным режимам, МПа
Величина максималь ных растягивающих остаточных напряжений в отливках, МПа
42-106 43-102 44-103 38-106 39-104
1076474
Продолжение таблицы
Режим обработки
Показ атели
38-46
38-46 38-46 38-46 38-46
Величина нагружения в массе от массы отливки
107 0 119,2 136,2
81,7
97,2
41-103 42-105 41-106 43-103 43-101
Длительность вибрационного нагружения деталей, ч 0,75
0,80
0,75 0,70
0,70
24,9
28,4
27,5
29,3
28,6
142
142
142
142
142
163,4 172,8 184,6 198,6
149,1
25,7 23,4
26,4
26,1
Отливка треснула
Составитель И.Липгарт
Редактор В. Петрам Техред Л.Микеш Корректор A. Ференц
Заказ 660/24 Тираж 540 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, >(-35, Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная. 4
- Величина рабочих напряжений в процессе эксплуа. тации отливки, МПа
Величина сжимающих напряжений, возникающих в отливках при нагружении их сосредоточенной массой, МПа
Максимальная величина растягивающих напряжений от статического нагружения деталей, МПа
Пределы частоты вибрационной обработки детали, Гц
Величина растягивающих напряжений, воз никающих при вибрационной обработке отливок, МПа
Величина предела текучести материала отливки, МПа
Величина суммарных напряжений в отливке при ее обработке по различным режимам, МПа
Максимальная величина остаточных напряжений в отливках после предлагаемой обработки, МПа
7 J 8
1
