Способ неразрушающего контроля качества деталей

Способ неразрушающего контроля качества деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств и может быть использовано для неразрушающего контроля качества деталей. Цель изобретения заключается в повышении точности при контроле литых деталей путем снижения погрешностей , связанных с влиянием неравномерности их напряженного состояния. Сущность изобретения заключается в том, что подвергают статическому нагружению эталонную деталь усилием, превышающим в 1,1-1,4 раза величину нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, определяют в качестве параметра упругоплаетического деформирования ее общую деформацию в направлении приложения нагрузки, по величине последней аналогично эталонной нагружают контролируемые детали и определяют значения их максимальных статических нагрузок, с учетом которых судят об усталостном параметре годности. 2 табл. ел

COIO3 С(?ВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕспу лик

s 6 01 N 3/32 гОсудАРстВЕннОе пАтентнОе

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР).

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4861971/28 (22) 24.08;90 (46),23,02,93. Б юл, М 7 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно.-.исоледовательского института железнодорожного транспорта (72) С.И,Попов, В.А.Двухглавов, Я.M.Øoxawevnv, С.И.Пашарин, В.Г;Кривоногов и . В.С.Плоткин (56) Авторское свидетельство СССР

N 1302174, кл, G 01 N 13/00, 1987. (54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к исследованию прочностных свойств и может быть использовано для неразрушающего контроля качества деталей,. Цель изобретения

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств изделий и может быть использовано для нераэрушающего контроля качества деталей; преимущественно литых несущих деталей железнодорожного подвижного состава, Известен способ контроля ответственных вагонных деталей путем испытания их на растяжение по эксплуатационной схеме . приложения нагрузки. Он предусматривает проведение испытаний в .области упругих деформаций при нагрузках, определяемых из расчета получения напряжения 157 МПа (16 кгс/мм ) в наиболее слабом сечении. Однако он не дает исчерпывающей характеристики прочности деталей, а следовательно их работоспособности при упругопластиче-.

„„. Ж„„1796985 А1 заключается в повышении точности при контроле литых деталей путем снижения погрешностей, связанных с влиянием неравномерности их напряженного состояния.

Сущность изобретения заключается в том, что подвергают статическому нагружению эталонную деталь усилием, превышающим в 1,1-1.4 раза величину нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, определяют в качестве параметра упругопластического деформирования ее общую деформацию в направлении приложения нагрузки, по величине последней аналогично эталонной нагружают контролируемые детали и определяют значения их максимальных статических нагрузок, с учетом которых судят об усталостном параметре годности. 2 табл.! ских деформациях, имеющих место в условиях перегрузки при эксплуатации.

Известен также способ нераэрушающе- G

ro контроля качества деталей, по которому О эталонную деталь подвергают статиче- чО скому нагружению эа пределом упруго- i сти, разгружают эталонную деталь и измеряют ее остаточную деформацию, нагружают аналогично все остальные детали и а6 их качестве судят путем сравнения остаточной деформации с остаточной деформацией эталонной детали. Однако область его применения ограничивается контролем деталей из точного профиля проката с незначитвльным рассеянием механических свойств в пределах выборки, У литых деталей сложной конфигурации режим упругопластического деформирования опре1796985 деляется влиянием многих факторов (разностенностью, степенью дефектности, механическими свойствами металла и пр.), в связи с чем имеет место большое рассеяние остаточной деформации, что затрудняет прогнозирование ресурса деталей.

Наиболее близким по технической сущности к разработанному техническому решению является способ йеразрушающего контроля качества деталей, по которому при нагружении эталонной детали измеряют работу ее упругопластического деформирования, а остальные детали нагружают исходя из условия затраты указанной работы и о их качестве судят путем сравнения остаточной деформации с остаточной деформацией эталонной детали. Этот способ позволяет при оценке качества деталей учитывать упругопластические свойства, однако, как и предыдущий способ базируется на оценке качества по Величине остаточной деформации. Кроме этого он требует определения работы упругопластического деформирования, затрачиваемой выше нагрузки предела упругости. тОгда как величина нагрузки предела упругости является условной характеристикой и устанавливается по допуску на остаточную деформацйю. При неравномерности распределения пластической деформации, имеющей место.в литых деталях, часто бывает трудно выделить какую-то наиболее нагруженную зону, по которой определяется величина предела упругости.

Существенное значение для эксплуатации представляет трудность точного иэмеренйя малых упругопластических деформаций в условиях массового производства, что характерно для данного технического решения. И, наконец, известное технйческое решение не предусматривает оценку годности литых несущих деталей по усталостному параметру применительно к реальным условиям эксплуатации, Целью изобретения является повышение точности при контроле литых деталей путем снижения погрешностей, .связанных с влиянием неравномерности их напряженного состояния. Ожидаемый положительный эффект от использования изобретения образуется эа счет Снижения трудоемкости операций контроля и уменьшения параметра отказов деталей в эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного способа нагружение эталонной детали, осуществляют усилием, превышающим в 1.1-1,4 раза величину нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, в качестве параметра упругопластического деформирования определяют ее общую деформацию в направлении приложения нагрузки; а при нагружении деталей определяют значения максимальных статических нагрузок. с учетом которых судят об.усталостном параметре годности.

Существенность отличительных признаков йзобретения подтверждается следующим. Сопротивление усталости литых несущих деталей зависит от концентрации напряжений в окрестности вероятных литейных дефектов, При нагружечии деталей

s области упругих деформаций величина статической нагрузки не коррелируется со степенью опасности дефекта как концентратора; потому по ее значению нельзя су15 дить об усталостном параметре годности, Однако в случае нагружения детали выше нагрузки. соответствующей пределу пропорциональности, в окрестности концентраторов возникают остаточные пластические дефор20 мации, которые при разгрузке детали формируют остаточные напряжения. обратные по знаку напряжениям от внешней нагрузки, Чем опаснее дефект, как концентратор, тем выше в его окрестности будет величина

25 остаточных напряжений обратного знака. Следовательно, при упругопластичесКоМ деформировании детали по эксплуатационной схеме нагружения прояв.ляется избирательность снижения суммарЗ0 ных напряжений в местах расположения литейных дефектов.

На поддерживающих балочках авто сцепки из стали 20ФТЛ определяли влияние предварительного статического нагружения

З5 в области упругопластических деформаций на сопротивление усталости при цикличе- ском поперечном изгибе с коэффициентом асимметрии 0,29 на базе 5 10 циклов. Испытаниям подвергались две партии бало40 чек; практически бездефектные и с искусственно внесенными надрезами. вызывающими концентрацию напря>кений с теоретическим коэффициентом концентрации а =3. Статическое нагруженив балочек производилось при значениях отношения максимальной статической нагрузки к нагрузке предела пропорциональности (Ртах/Рпц) равных 1,0: 1,1: 1,2; 1,3; 1,4 и 1,5, Пределы выносливости определялись по ре.зультатам испйтаний 6 деталей при каждом варианте упругопластического деформирования и приведены в табл. 1, j Они показывают, что в интервале значений

Ртах/Рпц = (1,0 1,4) наблюдается практиче55 ски пропорциональное увеличение среднего значения предела выносливости Р,.tq, а при Pmax/Рлц > 1,4 приращение Pr. м заметно снижается, Это позволяет по значениям максимальных статических нагрузок в ин5 1796985 6

Тереапе 1 1 а м (1,4 б определения необходима регистрация проP

I судить о усталоРпц " цесса разгрузки. стном параметре годности деталей.. Изобретение осуществляется следующим образом. Эталонная деталь, удовлетвоТочность определения долговечности 5 ряющаятребованиямтехническихусловий литых деталей по результатам испытаний на по отсутствию в наиболее напряженных статическую. нагрузку оценивалась пО вари- зонах недопускаемых дефектов и соответации чисел до разрушения поддерживаю- ствию геометрических размеров номинальщих балочек автосцепки с краевым ным чертежным размерам, механические надрезом. Усталостные испытания прово- 10 свойства металла которой. удовлетворяют дились при одном режиме нагружения с марочным свойствам, подвергается статимаксимальной нагрузкой цикла 110 кН и ко- ческому нагружению по эксплуатационной .эффициентом асимметрии 0,29. Иснытыва.- схеме приложения нагрузки до появления лись Б партий деталей по 6 шт. в каждой, упругопластическихдеформаций, В процесотличавшимся между собой значениями 15 се нагружения по диаграмме деформироваPmax/Рлцв интервале(1,0 — 1,4). Средниезна- ния в координатах "натрузка — общая чения чисел циклов до разрушения Np, их деформация" определяются значения насреднеквадратичныеотклонейия Sgp, вари- грузки предела пропорциональности (Рпц), ация у и доверительные граничные зна- максимальной статической нагрузки (Pmax)

ЧЕНИя ПрИ ВЕрОятНОСтИ р 95 ПрИВЕдЕНЫ В 20 ПРИ ЗаДаННОМ ОТНОШЕНИИ Pmax/P ИЗ ИНтабл, 2. Результаты статистической обра- теРвала 1 1 Рпах/Рпц 1,4 и общей деботки данных усталостных испытаний пока- фоРмац" и (

У =53,483% Однако. Уже пРи Pmax/Рц 1 1 годности. напРимеР, числа циклов до Раз(вариант 2) коэффициент 1,„сн рушения (Np) Статическое нагружение кон20 Такое различие объясняется тем, что тролируемых деталей осуществляют

30. аналогично эталонной детали по параметру литая деталь не обладает строгой геомет- у ру упругоппастического деформирования, за рической симметрией .и однородностью который принимается ее общая деформа-. структуры металла. При нагрузках близких . ция 4>х, с определением у контролируемых к пределу пропорциональности из-за нерав- деталей максимальной статической нагрузномеРности напРЯженного состоЯниЯ в ок- 35 б ц - д р ц апр лени при

v ки и общей деформации в направлении прирестности некоторых дефектов остаточные таточные ложения последней. По величине пластические деформации могут не возни- отклонения значения Pп, контролируемой кать и их влияние на снижение выносливодетапи от максимальной статической насти, останется прежним. Поэтом ля грузки эталонной детали, судят об усталостповышения точности определения сталостно- р ™ и Уст л. тно 40 ном параметре годности, го параметра годности необходимо умень- Пример конкретного выполнения. шить влияние литейных дефектов за счет установления при статических испытаниях

Партия надрессорных балок из стали

20Л, соответствующих требованиям технинижней границы отношения Р /Рлц = ",1. ческих условий ОСТ 24.153.р8-84, контролиВ отличие от прототипа. предусматривающего статическое нагружение контроР Р ДУ ТРИ 45 ровалась по разработанному техническому решению с целью оценки их годности по лируемой детали до заданной работы усталостному параметру. В.качестве эталонрой отсутствовали недопускаемые литейническое Решение обеспечивает меньшее 50 рои отсутствова е оп рассеяние усталостного параметра годно- . н, eT@9KT П р сти. Кроме этого, разработанное техниче- э ал „- л ные де екты. При статическом нагружении эталонной детали по схеме поперечного изгиба за пределом упругости вертикальная ское решение отличается меньшей по гиба за преде QQ сравнению с прототипом трудоемкостью

СРавнениЮ с Р РУдоемкостью нагрузка Рац, соответствующая пределу емые параметры определяются непос едстопераций контроля, пос ольку контролиру 55 пропорциональности, составила 13б0 кн, известном техническом решении работа уп- Р . 1630кН В отношения Ртах пц = 1, была равна

max 1 кН. В качестве параметра упруется рассчитываемым параметром и для ее ругопласти ес о д фор рования явля гопластического деформирования определяли общий прогиб при нагрузке Рвах, 1796985

Формула изобретения

Таблица 1

Результаты усталостных испытаний поддерживающих балочек автосцепки иэ стали 20ФТЛ

Таблица

Результаты статистической обработки уйталостных испытаний поддерживающих балочек из стали 20ФТЛ с краевым надрезом

И 10 циклов

Рвах ЯЦ

Рвах, кН

Лабораторный номер етали

fmsx, мм

Вариант нагружения

212

463

91

144

337

268

0,87

0,98

0,87

0,90

0,96

0,95 1,0

1,0

1,0

1,0

1.0

1,0

122

128

121

126

125

1-1

1-2

1-3

1-4

1-5

1-6

С е невыбо

123 7 . 0,921

1,0

0,0479

252,5 очные значения

2-1

2-2

2-3

2 — 4

2-5

2-6

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1;18

1,12

1,22

1,27

1,08

t,11

136

133

143

131

132 675

527

743

781

462

589

С е невыбо. очные значения

135,7

1,163

629,5

0,0728

7 который составил для эталонной детали

fmax = 6,0 мм. При устэлостных испытаниях эталонной детали по режиму со средней нагрузкой цикла 450 кН и амплитудной нагрузкой 250 кн ее долговечность составила 3,14 5

«10в циклов, что удовлетворяет усталостному параметру годности.

Контролируемые детали подвергали:статическому нагружению аналогично эталонной 10

Способ неразрушающего контроля качества деталей, заключающийся sтом,,что подвергают статйческому нагружению эталонную деталь за пределом упругости, измеряют параметр ее упругопластичеекого деформирования, по величине указанного параметра аналогично эталонной нагружают контролируемые детали и определяют устэлостный параметр их годности, о т л ич э ю щи и с я тем; что, с целью floBbllvBKM$l точности при контроле литых деталей путем детали до общего прогиба

0,9 Рвах эталонной детали, признавались соответствующими усталостному параметру

Годности . снижения погрешностей. связанных с влиянием неравномерности их напряженного состояния, нагружение эталонной детали осуществляют усилием, превышающим в

1,1-1,4 раза величину нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, в качестве параметра упругопластического деформирования определяют ее общую деформацию в направленйи приложения нагрузки, а при нагружении деталей определяют значения максимальных статических нагрузок, с учетом которых судят об усталостном параметре годности, 1796985

Лабораторный номер етали Pmax, KH

Pmax

Рпц

И 10 циклов Ъах

fmax, мм

Вари ант нагружен ия

0,807

1,2

1492,3

1,445

148,5

0,1133

3119,2

1,3

2,005

160.6

0,1917

3,028

5429;7

1,4

172,5

Ацлд =* 4 ДЖ

0,1113

594,5

1,162

136,0 f,115

Адпд

18 Дж

0,3477

3,043

5252

1,338

171,5

3 — 1

3 — 2

3 — 3

3-4

3 — 5

3-6

С е невыб очные значения

4 — 1

4 — 2

4-3

4-.4

4-5

4-6

С е невыбо очные значения

5-1

5 — 2 . 5 — 3 ,5 — 4

5 — 5

5 — 6

С е невыбо очные значения

6-1

6-2

6-3

6-4

6-5

6-6

С е невыбо очные значения

7-1

7-2

7-3

7-4

-5

7-6

С невцбо очные значения

1.2

1,2

1,2

1,2

1,2

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

1,4

1,4 .

1,4

1,4

1,4

1,4 1,14

1,00

1:12

1,08

1,15.

1;14

1,38

- 1,43

1,35 f,39

1,41 .1,37

152

147 155

143

149

164

1.56

166

157

162 .

169

166

172

179

174. 136

129

134

127

167 .

180 . 166

173

178

165

1,49

1,40

1,58

1,36

1,39

1,45

2,12

2,02

1,83

2;13

1,94

1,99

2,92

2,7,3

3,14

3,06

3,25

3,07

1.20

1;08

1.,18

1,03

131

1,29

2,71.

3,50

2,62

3,21

3,33

2,69

Продолжение табл. 2

1414

1944

1094

1286

1526

3618

2836

2428

3927

2611

3295. 4866

4218

5287

6489

5643

428

676

392

634

712

4742

6351

3906

5617

6424

4273

Продолжение табл. 2

1796985

Продолжение табл. 2

Примечание:

1 f y 1 (Щ ) — выборочное среднев квадратичное Отклонение количеСтва циклов до разрушения;

Хг 1(Ь

Sg =

)М 100

Sí йр Ь N)/è

3=1

Ьюх 2 б/A

1.=1 — выборочное среднее квадратичное отклонение прогиба — коэффициент .вариации количества циклов до разрушения

-выборочноесреднее значениеколичества циклов до разрушения: — выборочное среднее значение максимального прогиба балочек в центральной части нижнего пояса при нагрузке Р .