Способ повышения долговечности изделий

 

Изобретение относится к изготовлению и/или обработке изделий из металлов или сплавов. Техническим результатом является повышение долговечности изделий. Сущность: на этапах конструирования, изготовления, обработки и других операций создают изделия, которые предварительно, т.е. до эксплуатации, находятся в деформированном состоянии, т.е. придают изделиям деформацию, которая полностью или частично имитирует эксплуатационную или заданную и противоположно им направлена. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к изготовлению и/или обработке изделий из металлов или сплавов (далее материалов).

Известен способ повышения долговечности изделий, при котором в процессе изготовления придают способность противодействия эксплуатационным деформирующим воздействиям.

Недостаток указанного способа состоит в том, что созданные изделия находятся в неэксплуатационном состоянии, т.е. они не имеют предварительных внутренних напряжений, а следовательно не деформированы. Это приводит во время работы, т.е. во время приложения нагрузки, к их деформации и, как следствие, к уменьшению, по ряду причин, коэффициента полезного действия (КПД) и долговечности устройства, в котором они установлены.

Технической задачей изобретения является повышение долговечности.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе повышения долговечности изделий, при котором в процессе изготовления изделию придают способность противодействия эксплуатационным деформирующим воздействиям, изделию придают способность дополнительного противодействия указанным воздействиям за счет изготовления, по крайней мере в процессе механической обработки, с предварительной деформацией, направленной встречно эксплуатационным или заданным деформирующим воздействиям.

В процессе обработки создают в изделии напряжения путем приложения нагрузки больше эксплуатационной на величину где m коэффициент потерь энергии, предварительную деформацию выполняют равной эксплуатационной или заданной.

Предварительную деформацию придают изделию при одной или поэтапно при нескольких операциях.

На фиг.1 изображено устройство, изготовленное по способу-прототипу в нерабочем состоянии (нагрузка равна нулю, ось не деформирована, зазоры в подшипниках постоянные); на фиг.2 устройство в рабочем состоянии (нагрузка равна эксплуатационной, ось деформирована, зазоры в подшипниках переменные); на фиг. 3 устройство, изготовленное по данному заявленному способу в нерабочем состоянии (нагрузка равна нулю, ось деформирована за счет изготовления, зазоры в подшипниках переменные); на фиг.4 устройство в рабочем состоянии (нагрузка равна эксплуатационной, ось не деформирована, зазоры в подшипниках постоянные).

Подшипники выполнены, например, из баббита. Для наглядности зазоры и деформации показаны на чертежах в увеличенном виде.

По предлагаемому способу недостаток прототипа, видимый на фиг.2, устраняется за счет того, что на этапах конструирования, изготовления, обработки и других операций создают изделие (устройство), которое предварительно до эксплуатации полностью или частично находится в рабочем или заданном деформированном состоянии (фиг.3).

Такую деформацию придают изделиям на любом из указанных этапов, т.е. при изготовлении (D_изг.), обработке (D_обр.) и других операциях (D_др.оп), путем приложения силовой и/или не силовой нагрузки малой или средней величины, например механической, термической и прочих. Это разовая поэтапная деформация. Целесообразно осуществление суммарной полной или частичной деформации большой величины, например SD=D_изг.+D_обр.+D_др.оп. или ΣD=D_изг.+D_обр. при которой благодаря последовательному поэтапному дроблению прикладываемой нагрузки даже большой величины, можно получить оптимальные прочностные показатели материалов для конкретных изделий. Например, в процессе термомеханической обработки, обработки давлением и других операциях. Указанные деформации осуществляют до величины и направления, при которых под воздействием эксплуатационных и/или других заданных нагрузок они полностью или частично выравнивают свою форму (фиг. 4), например, до состояния, при котором Такое обнуление достигается при равенстве, соответственно, обратных предварительных деформаций и прямых эксплуатационных (D_э.) или заданных (D_з.).

В зависимости от эксплуатационных требований к изделиям, возможен любой вид деформаций в качестве основного, например упругий, пластичный либо их комбинация.

Для достижения оптимальной, частичной или заданной долговечности, величина поэтапной или суммарной деформации должна полностью или частично имитировать D_э. или D_з. и противоположно им направлена. При осуществлении этого условия выполняется также требование ограничительной части формулы, что важно, так как контроль величины деформаций не представляет затруднений по сравнению с контролем величины напряжений.

Таким образом, изделия, созданные по предлагаемому комплексному способу в нерабочем состоянии будут деформированы, а в рабочем состоянии полностью или частично раздеформированы.

В этом случае изделия будут работать в режиме, близком к оптимальному, что существенно повысит их долговечность.

Пример. Устройство (фиг.1), включающее неподвижную ось с установленными на концах колесами и подшипниками скольжения.

Ось из стали 40Х при изготовлении изогнута (пластическая деформация) в поперечном направлении, противоположном эксплуатационному, на величину D_изг.=δ=0,67 мм. В процессе термомеханической обработки без отпуска после закалки в масле, ось подвергалась дополнительной упругой деформации в том же направлении, путем приложения механической нагрузки, величина которой определялась по формуле: где R₃=10000 Н, μ0,34.

При этом D_обр.=δ=0,31 мм, а ΣD=Σδ=0,98. В процессе эксплуатации ось выравнивалась до нуля и ее долговечность при циклической нагрузке R_э с частотой 5 Гц возросла до 10-12 раз, в подшипниках выравнивались зазоры и их долговечность возросла до 7 раз по сравнению с аналогичным устройством без предварительной деформации, т.е. ΣD 0.

Формула изобретения

1. Способ повышения долговечности изделий, при котором в процессе изготовления изделию придают способность противодействия эксплуатационным или заданным деформирующим воздействиям, отличающийся тем, что изделию придают способность дополнительного противодействия указанным воздействиям за счет изготовления по крайней мере в процессе механической обработки с предварительной деформацией, направленной встречно эксплуатационным деформирующим воздействиям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе обработки создают в изделии напряжения путем приложения нагрузки, больше эксплуатационной на величину где m - коэффициент потерь энергии.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что предварительную деформацию выполняют равной эксплуатационной или заданной.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что предварительную деформацию придают изделию поэтапно при нескольких операциях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3