СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ НАКЛЕПАННОГО СЛОЯ Российский патент 2015 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к методам испытания металлов, в частности к методам определения толщины наклепанного слоя металлических деталей, и может быть применено в дробеструйной обработке рабочих поверхностей.

Известен способ определения толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя (Авторское свидетельство №1422081, опубл. 07.09.1988), заключающийся в том, что из исследуемой детали вырезают два плоских образца так, чтобы плоскости реза были перпендикулярны поверхностному слою, образцы совмещают по поверхностям упрочненного слоя так, чтобы поверхности реза лежали в одной плоскости, а перед операцией шлифования закрепляют совмещенные образцы в фиксаторе, образцы подвергают пластическому деформированию в направлении, параллельном упрочненному слою, а за искомую величину толщины принимают расстояние от наклепанной поверхности до линии начала отклонения профиля реза от плоскости.

Недостатком этого способа является то, что для проведения измерений необходимо проводить технологическую операцию разрезания образца перпендикулярно упрочненному слою, что приводит к разрушению образца.

Известен способ определения толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя (Авторское свидетельство №1404879, опубл. 23.06.1988), заключающийся в том, что образец материала детали, состоящий из двух частей с полированными контактирующими поверхностями подвергают поверхностной пластической деформации и определяют границу помутнения контактирующих поверхностей, по которой судят о толщине упрочненного слоя, при этом используют образец, одна из частей которого выполнена с монотонно изменяющейся толщиной вдоль поверхности контакта, поверхностной пластической деформации подвергают эту часть со стороны, противоположной поверхности контакта, а толщину упрочненного слоя определяют по толщине этой части на границе помутнения.

Недостатком этого способа является необходимость дополнительного изготовления из материала детали специального образца, состоящего из двух частей и последующего поверхностного пластического деформирования этого образца, что приводит к удорожанию процесса определения упрочненного слоя.

Известен способ определения толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя (Патент РФ №2194263, опубл. 10.12.2002), выбираемый в качестве прототипа. Сущность данного способа заключается в следующем, материал детали подвергают поверхностной пластической деформации до получения остаточного отпечатка на поверхности детали, измеряют диаметр остаточного отпечатка на поверхности детали и определяют соотношение статической твердости материала дроби и статической твердости материала детали, по которому определяют соотношение динамической твердости материала дроби и динамической твердости материала детали, исходя из которого, расчетным путем, определяют толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя.

Недостатком указанного способа является то, что необходимо определять соотношение статических и динамических твердостей дроби и детали, что приводит к увеличению времени определения толщины наклепанного слоя.

Техническим результатом данного изобретения является снижение времени определения толщины наклепанного слоя за счет уменьшения количества измеряемых параметров.

Технический результат достигается тем, что перед проведением дробеструйной обработки определяют исходную твердость материала детали по методу Бринелля, измеряют плотность материала дроби, а также рассчитывают скорость дроби в момент удара, исходя из которых определяют толщину упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя, измеряя диаметр шара (дроби) D, плотность материала ρ и скорость шаров в момент удара V, а также статическую твердость обрабатываемой поверхности НВ, рассчитывают толщину упрочненного наклепом поверхностного слоя по формуле

где d_ш - диаметр отпечатка на материале с заданной твердостью НВ, полученной по методу Бриннеля, и рассчитываемый по формуле

Способ осуществляется следующим образом, известна формула (1), связывающая диаметр d сферической вмятины, образующейся на поверхности пластины в результате ударного воздействия шарообразного предмета, с его диаметром D, плотностью материала ρ, скоростью в момент удара V (Саверин М.М. Дробеструйный наклеп. М.: Машгиз, 1955. - 312 с., на с. 16, формула 7)

где

- динамическая твердость материала пластины, не зависящая от величины энергии удара и диаметра шара (Там же на с. 15, формула 6).

Поскольку значения Н_д в литературных источниках приведены для весьма ограниченного числа материалов, этот параметр предлагается устанавливать, исходя из твердости НВ конкретного материала при статическом вдавливании шарика, по следующей методике.

В соответствии с законом Майера (Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 2, М., 2005. - 544 с. на с. 71, формула 20.2), справедливого при вдавливании шарика в пластину, как в статических, так и в динамических условиях

где D_ш - диаметр вдавливаемого шарика, а ₀, n - постоянные, характеризующие материал пластины.

Исходя из условий проведения замеров статической твердости материалов по методу Бринелля (усилие вдавливание P=3000 кгс, диаметр вдавливаемого шарика D_ш=10 мм), по величине НВ анализируемого материала определяется (4) соответствующий ему диаметр d_ш отпечатка. Расчет проводится по общеизвестной формуле (4)

По величине d_ш на основании (3) по формуле (5) рассчитывается соответствующее значение постоянной а _{0 стат} для статических условий. При этом за значение n принимается усредненная для всех классов материалов величина n=2,2 из таблицы приведенной в книге Шапошникова Н.А. Механические испытания металлов. М. - Л.: Машгиз, 1954. - 443 с., на с. 341, таблица 29.

Поскольку, как следует из сравнения данных таблицы (там же на с. 341, таблица 29) для динамических условий практически для всех материалов n=2, а значения а_{0 дин} ≈ 1,5 а _{0 стат}, уравнение (2), с учетом (3) и (5), преобразовывается к виду

После подстановки установленного значения Н_д в (1) рассчитывается (7) диаметр сферической вмятины d от единичного удара шара в процессе дробеструйной обработки

где K - коэффициент, равный 10⁷, для перевода величины Н_д из кгс/мм² в систему СИ (Н/м²), a d_ш - диаметр отпечатка в мм, получаемый при вдавливании шарика по методу Бринелля в материал с заданной твердостью НВ, рассчитываемый по формуле (4).

Многократное воздействие дроби учитывается по формуле (8), взятой из статьи Кудрявцева И.В. «Влияние кривизны соприкасающихся поверхностей на глубину пластической деформации при упрочнении деталей поверхностным наклепом» / И.В. Кудрявцев, Г.Е. Петушков // Повышение прочности деталей машин поверхностным деформированием: материалы II научно-технической конференции. Пермский политехнический институт. Пермь, 1967. С 40-52 на стр. 42

Толщина наклепанного слоя h рассчитывается по формуле (9) из статьи того же автора (формула 2 б на стр. 41)

С учетом (8), (9) выражение для расчета толщины наклепанного слоя в результате многократного воздействия дроби примет вид

где , при D [м], ρ [кг/м³], V[м/с], HB [кгс/мм²].

Изобретение относится к методам испытания металлов, в частности к методам определения толщины наклепанного слоя металлических деталей, и может быть применено в дробеструйной обработке рабочих поверхностей. Сущность: осуществляют поверхностное пластическое деформирование до получения остаточного отпечатка, измерение диаметра остаточного отпечатка на поверхности детали и определение расчетным путем толщины упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя. Перед проведением дробеструйной обработки определяют исходную твердость материала детали по методу Бринелля, измеряют плотность материала дроби, а также рассчитывают скорость дроби в момент удара, исходя из которых определяют толщину упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя, измеряя диаметр шара (дроби) D, плотность материала $$\rho$$ и скорость шаров в момент удара V, а также статическую твердость обрабатываемой поверхности HB. Рассчитывают толщину упрочненного наклепом поверхностного слоя по формуле. Технический результат: снижение времени определения толщины наклепанного слоя за счет уменьшения количества измеряемых параметров.

Способ определения толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя металлических деталей при дробеструйной обработке, включающий поверхностное пластическое деформирование до получения остаточного отпечатка, измерение диаметра остаточного отпечатка на поверхности детали и определение расчетным путем толщины упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя, отличающийся тем, что перед проведением дробеструйной обработки определяют исходную твердость материала детали по методу Бринелля, измеряют плотность материала дроби, а также рассчитывают скорость дроби в момент удара, исходя из которых определяют толщину упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя, измеряя диаметр шара (дроби) D, плотность материала $$\rho$$ и скорость шаров в момент удара V, а также статическую твердость обрабатываемой поверхности HB, рассчитывают толщину упрочненного наклепом поверхностного слоя по формуле

где d_ш - диаметр отпечатка на материале с заданной твердостью HB, полученной по методу Бриннеля, и рассчитываемый по формуле