Способ упрощения деталей поверхностным пластическим деформированием

Способ упрощения деталей поверхностным пластическим деформированием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к машиностроению , в частности к способам поверхностного пластического деформирования, и позволяет повысить усталостную прочность обработанных деталей путем обеспечения упрочнения на оптимальную глубину. Осуществляют измерение предельной равномерной деформации материала детали при растяжении и деформирование поверхностного слоя детали роликом, добиваясь деформации, равной измеренной. Перед обкаткой измеряют истинный предел прочности и истинное сопротивление разрыву материала детали при растяжении. Деформируют поверхностный слой детали роликом на глубину, определяемую из выражения h,,5 - -Л/(0,375-5б):(,55й)|, где /г, - глубина пластически деформированного слоя детали; Оь - диаметр обрабатываемой детали; S - истинный предел прочности материала детали; Sk - истинное сопротивление разрыву материала детали. Способ позволяет повысить эффективность упрочнения путем повышения дОоТговечности. 3 ил., 2 табл. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1400862 А2 (50 4 В 24 В 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CO

CO

00 (Ь

ЬР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 856772 (21) 3996759/31-27 (22) 29. 12.85 (46) 07.06.88. Бюл..№ 21 (71) Волгоградский политехнический институт (72) М. С. Дрозд, С. Л. Лебский, М. М. Матлин и Ю. И. Сидякин (53) 621.923.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 856772, кл. В 24 В 39/00, 1979. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ

ДЕФОРМИРОВАНИЕМ (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам поверхностного пластического деформирования, и позволяет повысить усталостную прочность обработанных деталей путем обеспечения упрочнения на оптимальную глубину. Осуществляют измерение предельной равномерной деформации материала детали при растяжении и деформирование поверхностного слоя детали роликом, добиваясь деформации, равной измеренной. Перед обкаткой измеряют истинный предел прочности и истинное сопротивление разрыву материала детали при растяжении. Деформируют поверхностный слой детали роликом на глубину, опре деляем ю из вы ажения h,=D> (0,5—

- „ (0,375 So):(Su+0,55 )), где 6,. — глубина пластически деформированного слоя детали; Вь — диаметр обрабатываемой детали; S> — истинный предел прочности материала детали; S> — истинное сопротивление разрыву материала детали. Способ позволяет повысить эффективность упрочнения путем повышения долговечности. 3 ил., 2 табл.

400862

Отсюда

Изобретение относится к машиностроению, в частности к поверхностному пластическому деформированию (ППД) деталей машин, и является усовершенствованием известного способа по авт. св. № 856772.

Цель изобретения — повышение усталостной прочности обработанных деталей путем обеспечения упрочнения на оптимальную глубину.

На фиг. 1 показана схема распределения остаточных растягивающих (о,) и сжимающих (о,.„) напряжений в поперечном сечении детали (с диаметром Db), подвергнутой поверхностному пластическому деформированию в зависимости от глубины h, упрочненного слоя при одинаковых значениях интенсивности пластической деформации, равной в, и сжимающих в остаточных напряжениях о, .„на поверхности; на фиг. 2— схема распределения рабочих напряжений изгиба в поперечном сечении детали; на фиг. 3 — схема диаграммы предельных амплитуд рабочих напряжений.

Повышение эффективности упрочнения путем увеличения усталостной прочности (долговечности) деталей машин достигается путем определения перед упрочняющей обработкой истинного предела прочности и истинного сопротивления разрыву материала детали при растяжении и по их соотношению определяют оптимальное значение глубины слоя.

Следовательно, чем больше Sb, т. е. о,„, тем больше при той же глубине слоя h, и величина растягивающих остаточных напряжений о . Таким образом, для снижения растягивающих остаточных напряжений (что способствует повышению предела выносливости и долговечности) целесообразно назначать тем меньшую глубину упрочненного слоя, чем выше о, .

Зависимость глубины h, упрочненного слоя от истинного сопротивления разрыву

S„ìàòåðèàëà детали поясняется следующим образом.

Предельная амплитуда рабочих напряжений о,, в зоне очага разрушения, т. е. на глубине h,-, меньше предела выносливости на поверхности о „„фиксируемого при испытании (фиг. 2):

R 050ь — h, о,,=о I, — =о —,пов Р—,пов 0 5D где R=0,5Db — радиус вала;

R*=(0,5Db — й,) — радиус границы пластически деформированного слоя оа,с

1 и

0 Б0

Из этого соотношения видно, что при данном значении о,, величина фиксируемого при испытании значения о „„тем выше, чем больше глубина пластически деформированного слоя h,.

Однако с увеличением 6, возрастают растягивающие остаточные напряжения о,„ действующие под слоем. А это значит, что с увеличением глубины h, предельная амплитуда рабочих напряжений под слоем о,, уменьшается, что способствует снижению о 1„,„. При знакопеременном симметричном изгибе образца наличие остаточных растягивающих напряжений о, преобразует симметричный цикл рабочей нагрузки в несимметричный цикл нагружения со средним растягивающим напряжением (равным о ), величина которого тем больше, чем больше

h,.

Таким образом, увеличение глубины упрочненного слоя h, одновременно приводит как к положительному, так и к отрицательному эффекту. Очевидно, что существует некоторая глубина h...,, при которой фиксируемый в испытаниях предел выносливости образца максимален.

Как видно из схемы (фиг. 3) диаграммы предельных амплитуд рабочих напряжений, величина предельной амплитуды о,, при одинаковых остаточных растягивающих напряжениях о,, т. е. при одинаковых Sb и h„ больше у того материала детали, у которого

25 при данном значении о сопротивление разрыву S» больше.

Способ осуществляется следующим образом.

Из материала детали изготавливают стандартный образец для испытания на расЗ0 стояние. Проводят испытание в соответствии с ГОСТом. При испытании определяют предельную равномерную деформацию вр, истинный предел прочности Sb, истинное сопротивление разрыву Sb.

Определяют необходимую (для максимального увеличения долговечности) глубину пластически деформированного слоя из выражения

0,375 Sb

h,=Db(0,5 — + )

40 где 0 — диаметр обрабатываемой детали.

По известным формулам для найденного значения глубины слоя h, вычисляют требуемые значения профильного радиуса ролика r и усилия обкатывания P:

r=g — — — р(- — —" ) ехр (- ), (2)

D+D h, о„ НД

О Dð Х ер HQ 435 где Dр — диаметр ролика в плоскости обкатки;

Db — диаметр обрабатываемой детали; о — предел текучести материала упрочняемой детали;

НД вЂ” пластическая твердость материала детали;

h, — глубина пластически деформированного слоя детали;

Х вЂ” коэффициент, учитывающий влияние эксцентриситета контактной

1400862 площадки на глубину деформированного слоя;

Por 1- р - ь — — — — (3)

50 D +Db лНДh,å х ln500e

=0ь(0,5 — -- =0,75 мм.

0,375 $ь

По формулам (2) и (3) вычисляют значения профильного радиуса r и нагрузки P на ролик, требуемые для получения оптимальной глубины пластически деформированного слоя AÄÄ=0,75 мм и интенсивности пластической деформации в этом слое равной ер — — 0,1. Получают r,„,=1,75 мм, Р,„,=

=705 H.

Образцы одной серии подвергают обкатке роликами при r,„,=1,75 мм и Р,„,=705 Н, получив глубину упрочненного слоя, равную оптимальной A„„„=0,75 мм. При этом интенсивность пластической деформации в слое равна предельной равномерной, т. е. ер=0, 1.

Образцы остальных серий, изготовленные из того же материала, обкатывают, задавая глубины наклепанного слоя Ь„отличные от оптимальной Ь„„„=0,75 мм. При этом параметры r u P также вычисляют по формулам (2) и (3) для задаваемого значения

h„и интенсивности пластической деформации слоя, равной оп=0,1. Диаметр ролика, измеренный в плоскости сечения детали, во всех случаях одинаков и равен удвоенному диаметру детали, т. е. Dð — — 20 мм.

Образцы всех серий после обкатки роликами испытывают на знакопеременный изгиб где Рп — условная критическая нагрузка, при которой в центре контакта шарик,1 диаметром 10 мм с плоскостью зарождается пластическая деформация.

Обкатку производят при рассчитанных значениях r и Р, что обеспечивает соответствие глубины h, ее оптимальной величине, определяемой из выражения (1), а пластической деформации поверхностного слоя— величине предельной равномерной деформации данного материала.

Пример. Изготовляют несколько серий образцов диаметром Вь=10 мм из стали марки 45 с пластической твердостью ИД

2500 МПа и пределом текучести о

=500 МПа. Предварительно из этой стали изготовляют стандартный образец с номинальным диаметром 100 мм для испытания на растяжение. По результатам испытания образца на растяжения определяют в соответствии с ГОСТом величины: предельной равномерной деформации в =0,1, истинный предел прочности $ь=800 МПа, истинное сопротивление разрыву $„=1260 МПа.

По формуле (1) определяют необходимое значение глубины пластически деформированного слоя

4 на машине и определяют число циклов N до разрушения образца, т. е. долговечность образца.

Результаты испытаний на знакопеременный изгиб образцов из стали 45 диаметром

Db= 10 мм, НД=2500, от — — 500 МПа, $ь ——

=800 МПа, S„=1260 МПа, е„=0,1, упрочненных на различную глубину h,, приведены в табл. 1.

Значения h, задают следующим образом:

10 по предлагаемому способу h=h,. =0,75 мм, по известному h,=0,65; 0,9; 1,05 мм, по базовому объекту A,=0,1; R=0,05 Оь=

=0,5 мм.

Как видно из табл. 1, наибольшее число

15 циклов М до разрушения, т. е. наибольшие долговечность и усталостную прочность, имеют образцы, упрочненные на глубину

A,=A, =0,75 мм (серия 3 образцов), определенную по предлагаемому способу.

Отклонение h, от h,. в любую сторону

20 приводит к снижению N, т. е. к снижению долговечности и усталостной прочности образца, несмотря на то, что интенсивность пластической деформации слоя во всех случаях равна предельной равномерной е =0,1.

B табл. 2 приведены результаты приращения долговечности (числа циклов до разрушения) образцов по предлагаемому способу по сравнению с базовым объектом и известным способом.

Как видно из табл. 2, предлагаемый спо30 соб упрочнения деталей позволяет повысить их долговечность по сравнению с базовым объектом на 566,7Я и с известным на (25— — 244 8) оо

Результаты экспериментальной проверки свидетельствуют о том, что предлагаемый способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием позволяет существенно повысить эффективность упрочнения путем значительного увеличения долговечности (усталостной прочности) детали.

Формула изобретения

Способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием по авт. св. Xо 856772, отличающийся тем, что, с целью повышения усталостной прочности обработанных деталей путем обеспечения

45 упрочнения на оптимальную глубину, перед обкаткой дополнительно измеряют истинный предел прочности и истинное сопротивление разрыву материала детали при растяжении, а глубину пластически деформированного слоя определяют из выражения

A =йь(0,5 — — — — — -, 0,375. Sb

$к+0,5$ь где h, — глубина пластически деформированного слоя детали;

О, — диаметр обрабатываемой детали;

Sb — истинный предел прочности материала детали;

S — истинное сопротивление разрыву материала детали.

1400862

Таблица 1

Нагрузка на

Результаты усталостных испытаний

Профильный раДейорГлуби— на Ь6, мм

Серия образмация б= Ер ролик

Р, Н диус ролика

r мм цов

Рабо—

Число циклов чее до разрушения напряжение при испытании, МПа

1(ба— зовый объект) 300 375 1,5 10

0,1

0,5

0,77

540 375 2,9 10

1,25

0,65 0,1

705 375 10 10

1,75

0,75 0,1

1050 375 8 10

2,43

0,1

0,9

5 (извест— ный) 1400 375 7 10е

3,21

1,05 0,1

П р и м е ч а н и е.

Таблица 2

Глубина hz

Серия образ цов исло циклов о разрушения упроч— ненног слоя мм

1 (базо— вый объект) Ni =1510

0,5 базовым объектом — — - - ° 1007.=566 7 з-%

Nт

2 (из— вестный ) 3 (пред— лагаемый)

4(из0,75 N3 = 10 10

2 (из— вестный)

3 (пред— лагаемый)

4(известный ) Число циклов до разрушения образцов, не подвергнутых

6 обкатке роликами, N=0,15 10 циклов, Приращение долговечности Ь, 7., полученное при упрочнении по предлагаемому способу по сравнению с

0,65 N„ = 2,9 10 известным а = ††. — IOOX=

6 1з 1г

Иа — 244,8

1400862

Продолжение табл. 2

1 2

09N=810 б N — N

Э 4 известным Ь = - — 100%=

25

1,05 N = 7 10 известным и = — — — 100/=

6 N — Ng

N 5

= 42,8 вестный) 5 (из— вестный ) з f

1400862 бд

Составитель С. Чукаева

Редактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор М. Максимишинец

Заказ 2527/17 Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4