Способ определения эпюры напряжений в деталях, обработанных поверхностным наклепом

 

Изобретение относится к контролю напряжений в деталях машин Цель изобретения - повышение точности определения эпюры напряжений - достигается за счет соблюдения одинаковых условий при обработке поверхностей детали и контрольной пластиныо Контрольные пластины, изготовленные из материала детали, перед обработкой наклепом изгибают и закрепляют на жестких оправках до кривизны максимально допустимого упругого изгиба, а после обработки поверхностным пластическим деформированием определяют эпюру остаточных напряжений, например, послойным травлением, в контрольной пластине с наименьшей положительной разностью между созданной предварительным изгибом и оставшейся после обработки поверхностным наклепом и раскрепления кривизной 4 илоо s

(5))5 Ь 01 В 5/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О!НРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4654073/28 (22) 23.02.89 (46) 15.05.91. Бвл. М 18 (71) Казанский авиационный институт, им, А.H.Òóïîëåâà (72) В.А.Смирнов, А.К.Касаткин, Г.N.Ùåòèíèí и !3.П.Карманский (53) 531.781.2(088.8) (54) СПОСОБ ОПРЕДЕ1!ЕНИЯ ЭПЮРЫ НАПРЯNEHHH Б ДЕТАЛЯХ, ОБРАБОТАН%!Х ПОБЕРХЕ1ОСТН1П НАКЛЕПОМ (57) Изобретение относится к контролю напряжений в деталях машин. Цель изобретения — повышение точности определения эпюры напряжений — достигается за счет соблюдения одинаковых

Изобретение относится к контролю напряжений в деталях машин.

Цель изобретения — повышение точности определения эпюры напряжений за счет соблюдения одинаковых условий при обработке поверхностей детали и контрольной пластины.

На фиг.! изображена схема закрепления контрольной пластины; на фиг.2графики максимально допустимого радиуса кривизны упругого изгиба пластины в зависимости от ее толщины; на фиг.3 — эпвры нормальных напряжений в плоскости по сечению пластины; на фиг.4 — эпюры нормальных напряжений в плоскости по толщине пластически деформированного слоя пластины и детали ,Я0„;,щадя А1 условий при обработке поверхностей детали и контрольной пластины. Контрольные пластины, изготовленные из мате- риала детали, перед обработкой наклепом изгибавт и закрепляют на жестких оправках до кривизны максимально допустимого упругого изгиба, а после обработки поверхностным пластическим деформированием определяют эпюру остаточных напряжений, например, послойным травлением, в контрольной пластине с наименьшей положительной разностью между созданной предварительным изгибом и оставшейся после обработки поверхностным наклепом и раскрепления кривизной. 4 ил. с сф

getawL

Способ осуществляют следующим образом.

Контролып.re пластины (фиг. 1) Ж различной толщины (например, 1, 4, 6 мм) изгибавт на жесткой оправке

2, имеющей радиус кривизны К и в О из( таком положении закрепляют винтами 3.

Затем свободну Yl (выпуклув) сторону каждой пластины обрабатывают заданным способом ППД на режимах обработки поверхностей детали. 1locne наклепа пластины раскреплявт и снимают с опр авок. Пластину, имеющую наименьшую положительную разность между кривизной, созданной предварительным изгибом и оставшейся после обработки ППД и раскрепления,. подвергают исследованию на остаточные напряжения.

1649245

По эпюре остаточных напряжений. в контрольной пластине судят о напряжениях, вносимых поверхностным наклепом и упрочняемые поверхности дета- 5 лн..

Максимальная кривизна упругого изгиба определяется по формуле ® дэг =

1ИИ>Г э гДе RНЭг РаДиУс кРивизны изгиба, на который предварительно из- (0 гибают контрольную пластину 1 и по которому изготавливают оправку 2 (фнг. 1) .

Иэ гипотезы глоских сечений и условия равенства деформации на наибо- 15 лее нагруженйых волокнах пределу упругости материала вытекает

2Еg

Ж р (1) й6г Н Н где Я: - деформация предела упругос20 ти материала

Н вЂ” толщина пластины.

Величина Я при линейно-степен 0

НоН аппроксимации кривой упрочнения материала определяется следующим об4 разом.

K "-h

E (и

IJ! h (2) где Е„, К н — приведенные модули упроч-щ нения на линейном и нелинейном участках зависимостии напряжений от деформаций,: и — показатель степени упроч-g5 пения материала на нелинейном участке зависимости.

При цилиндрическом изгибе пластины

Е 2 1+И 40

Е - - — - К вЂ” { 1 К Р)

1=p Il р

r3 где Е, К вЂ” модуль. упругости и модуль упрочпения зависимости 6Я одноосного растяжения; 45 М вЂ” коэффициент Пуансона.

Предварительный изгиб на максимально возможную кривизну упругого изгиба обусловлен следующим; чем больше кривизна, тем плотнее пластина прижата к оправке. Однако при кривизне,, превышающей упругую, на погрешпость последующего определения остаточных напряжений в пластине оказывает влияние зона пластических деформаций сжатия на вогнутой стороне пластины. Поэтому предварительный изгиб должен быть наибольшим, но в пределах упругих деформаций.

Иэ уравнения (1) следует, что наибольшая кривизна упругого изгиба зависит от толщины пластины. В качестве примера на фиг.2 построены графики К = f(H) для материалов Д1бТ, 895Т ЗОХГСНА.

Таким образом, для каждой из толщин конкретного материала должна быть своя оправка, спрофнлированная на соответствующий радиус кривизны Rl, t.

Набор толщин,контрольных пластин и оправок объясняется тем, что процессы

1ПЩ могут быть как малой интенсивности, так и большой. Дпя процессов П1Щ с малой интенсивностью или на "мягких" режимах более "чувствительными" являются тонкие пластины, а дпя процессов

П11 с большой интенсивностью необходимы более толстые контрольные пластины.

Плотное прилегание контрольной пластины к оправке обеспечивает необходимую упругость удара по ее поверхности обрабатывающими телами. Причем эта упругость сохраняется до момента образования зазора между контрольной пластиной и оправкой. При закреплении плас ины этот зазор практически невозможно 3GAHKcHpoBать. Поэтому его отсутствие контролируется по изменению кривизны пластины после ее раскрепленпя. Если пластина после раскрепления разгибается, то при обработке было плотное прнлегание, а если догибается (кривизна увеличивается) то плотного прилегания не было. Однако и слишком большой разгиб нежела" телен, так как снижает чувствитель" ность предлагаемого способа. Наиболее благоприятным будет случай, когда после раскрепления пластина разги" . бается, но весьма мало. Практически для любого способа ППД при любых режимах его осуществления бывает достаточно двух, максимум трех комплектов оправок и пластин. После обработки для того из комплектов, где разгиб пластины наименьший, и производится дальнейп.ий анализ.

Помимо повьппения упругости удара, предварительный изгиб увеличивает и соответствие эпюр напряженного состояния, вносимого наклепом, с эпюрой остаточных напряжений в контрольной пластине. Это объясняется следующим.

При изгибе возникает эпюра напряжений по сечению пластины (фиг.3a) ксторая уравновешивается моментом в

1649245 заделе ее концов ° Обработка ПЛД ненагруженной пластины с такой же поглощаемой энергией удара, как и детали, дает неравновесную по силе и моменту эпюру, возникающую лишь в пластически деформированных слоях, т.е. на глубине h „„ от поверхности (фиг.36)..В предлагаемом способе эта эпира является искомой. В закрепленной, изогнутой и обработанной по выпуклым волокнам контрольной пласти" не. возникаюцая эвюра (фиг.3а) представляет собой комбинацию первых двух. Многочисленными экспериментами подтверждено (l), при пластическом деформировании поверхностных слоев формируемые наклепом напряжения практически не зависят от начальных, следовательно, по толщине Ь,„ части эпюр (фиг.Зб,в) должны быть практически одинаковы. 11ри этом существен" но изменяются внутренние силы, что приводит к уменьшению момента в заделке пластины. Последующее раскрепление этим моментом "догружает" поверхностно наклепанные слои с формированием окончательной эпюры остаточных напряжений (фиг.3г). Эта эпюра в последующем определяется экспериментально. ")1огрузка" пластически деформированных наклепом слоев будет идти по нелинейному закону заэиcHMocTH Q ". g по которому даже значительные деформации дают весьма небольшой прирост напряжений. 1!оэтому эпюра остаточных напряжений в пластически деформированных слоях контрольной пластины будет мапо отличаться от той, которая создана при поверхностном наклепе относительно жестких (практически не деформируюцихся при обработке) деталей (фиг.36). Таким образом, степень соответствия эпюр остаточных напряжений в наклепанной контрольной пластине, подвергнутой предварительному изгибу, с напряжениями, формируемыми в поверхностных слоях относительно жестких деталей, значительно выше, чем при обработке пластины, закрепленной на плоской плите (оправке). Однако несоответствие все же будет, которое учитывается следующим образом.

Оставшаяся после раскрепления пластины кривизна биост связана со стрелой прогиба контрольной пластины Х на базе измерения аи моментом внутренннх сил Маа; и единичной внутренней силой (P/Ü) т следующим соотноше-. ниями:

ЬН

12 — момент инерции сечения (b — ширина; Н вЂ” толщина);

h — толцина пластически деtlh формированного слоя, которая определяется по эпюре остаточных напряжений (по точке перехода сжимаюцих остаточных напряжений в растягиваюцие).

Из уравнений (4) находим

P 4 Е . Н 2 Н (-) " — - (— ) — -- (>)

Ъ аст 3 1-Р а!, Í "аи ".

25

Уравнение (5) является контрольным для эпюры остаточных напряжений в исследуемой пластине. Равнодействующая (Р/Ь)з„с„ эпюРы остаточных напРЯже35 (b) ýêc ï = I G„T (4) Ж, (б) (И рл должна быть равна величине (P/Ü) а, Если нх значения получаются разными, то определяют коэффициент С=(Р/Ь) ст /

/(Р/Ь) „,д, корректирующий экспериментально построенную эпюру остаточных напряжений.

Уравнение (5) определяет равнодействующую внутренних сил в пластичес 5 ки деформированных слоях, найденную по конечной форме пластины. Установим эту равнодействующую по составляющим активного нагружения контрольной пла-. стины. Как известно, внутренние силы

gp при обработке П}1Д формируются напряжениями, вносимыми и снижаемыми наклепом. В данном случае снимаемые напряжения — это напряжения, созцанные предварительным изгибом. Единич55 ные внутренние силы, вносимые (Р /Ъ) яп 4 и снимае ыме h,Ð/b поверхностным наклепом, дают моменты (М/Ь) и и } и

ЬМ/Ь определяемые следуюцими соотно1 шениями:

М ос1

М ° Я

I а Ост Е

Ц и () = 2

Мот

Ь о Ь (Н-h„„) ()

Е

10 где Е = —" — приведенный модуль упругости пластины, деформируемой поверхностным наклепом;

)649245

И .Р Н)» пь AN (-) "(-)

Ь ппт Ь П»)»-) 2 Ь

Е,„X (" - 2) д4, (7) учитывая, что ос» пвю из совместх»ого репения (4), (5), {7), (8) после интегрирования второго из )p уравнений {7) найдем

Г (-) ()

Ь пп»э ()-)ц) (Н-h!!)! 7 3 ао (9) 15

)эыч»»сленнос по уравнению (9) значение (Р/h), „ сопоставляют с откорректпровпшои )эавподей»ствунэщей оста" то:-;ных напряж-.=)»ий (P/b), находят поправоч?ып коэф(рпциент К = (Р/Ь) п„А / Ъ (Р/)э),„, с учетом которого экспйери" ме:"аль»»ую эпюру () „,— (Z) (первый график иа фпг.4) перестраивают в эпюру (э па (Е) (второй график на фиг. 4) ., )1оэфрициент К является как. бы маситаб ом ne») e c rpoe»n»si этих граф»»ков ?»ри

) чем

Формула изобретения

3р

Способ определения зпюры напряжепин в деталях, обработанных поверхностным наклспом включающий обрабо гку одной стороны контрольной пластины, изготовленной пз материала де- 35 тали, на режимах обработки поверхностей детали, !» определение напряжений в детали по стре)»е прогиба после обработки и остаточным напряженичм в контрольной пластине, о т л и ч à - !0 ю ц и и с я тем, что, с целью повы", шения точности определения эпюры напряжений за счет Соблюдения одинакоBblx условий при обработке поверхност и детали и коитропьной пластины, ис- 43 пользуют набор контрольных пластин различной толщины, до обработки их изгибают и закрепляют на жестких оправках до кривизны максимально допустимого упругого изгиба, обработке » подвергают выпуклую сторону контрольной пластины, после чего выбирают контрольную, пластину с иаимен»щей положительной разностью между созданной предварительным изгибом и оставщейся после обработки и раскреплении кривизной, экспериментально определяют эпюру остаточных напряжений в пластине и равнодействунэщую этой эпюры (Р/Ь) 1.сд, равнодействующую внутренних сил {P/Ü) „„4 от поверхностного наклепа определяют по формуле

КН Г4 н (Р/Ь) — — — — — - (--) ПпД ()-/Ц) (К h ) L;э"

)»пл Жизг (Н-2h

2()+р). и)) J . где (Р/Ь), „— равнодействующая внутренних сил, вносимых; в пластину поверхностным наклепом, кг/мм;

E — модуль упругости мате- риала пластины, кг/мм

Н вЂ” толщина контрольной пластины, мм;

))Я вЂ” коэффициент Пуансона;

h - толщина пластинески депл формированного слоя, мм

f — стрела прогиба контроль" ной пластины,мм; а э — база измерения стрелы прогиба контрольной пластины, мм; X и „" кривизна предварительного изгиба контрольной пластины, !/мм, а эпюру напряжений в детали определяют с учетом соотношения (Р7Ь) / Р/Ьэ„,„.

Составитель И.Проскурина

Техред A. Кравчук КоРРектор М. Самборская

Редактор Е.Копча

Заказ 5) 1 Тираж . 389 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101