Способ диагностики осевых остаточных напряжений в маложестких цилиндрических деталях Российский патент 2023 года по МПК G01L1/10 G01N29/12 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения остаточных осевых напряжений в цилиндрических деталях.

Известен способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях, заключающийся в том, что деталь разрезают в радиальном направлении, последовательно удаляют с нее поверхностные слои, измеряют их толщину и диаметр детали до и после удаления каждого слоя и по полученным данным судят об остаточных напряжениях [1].

Недостатком данного способа является сравнительно невысокая точность измерения деформации, связанная с искажением формы детали в процессе изменения диаметрального размера кольцевой детали произвольного сечения, а также с невозможностью учета изменения характера деформации детали произвольного сечения по сравнению с кольцевой деталью, симметричной относительно срединной плоскости сечения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигнутому положительному эффекту выбранного за прототип является способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях, заключающемуся в том, что деталь разрезают в радиальном направлении, последовательно удаляют c нее поверхностные слои, измеряют их толщину и диаметр детали до и после удаления каждого слоя и по полученным данным судят об остаточных напряжениях, одновременно с измерением диаметра детали измеряют и относительное перемещение образовавшихся при разрезании торцевых поверхностей детали [2].

Недостатком данного способа является разрушение заготовки, изменение геометрии и низкая точность измерения остаточных напряжений, а также невозможность контроля в отдельных операциях по ходу изготовления детали.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности измерения осевых остаточных напряжений без разрушения поверхности и геометрии деталей путем бессилового воздействия на деталь на всех операциях обработки. Такой контроль технологического процесса позволяет повысить эксплуатационную точность готовых изделий с достижением следующих результатов: повышение стабильности размеров и формы маложестких цилиндрической формы деталей за счет минимизации уровня остаточных осевых напряжений на всем технологическом цикле изготовления и эксплуатации.

Эта задача решается тем, что в способе диагностики остаточных осевых напряжений в маложестких цилиндрических деталях выбирают заготовку с одинаковой геометрией и физико-механическими свойствами и проводят глубокий отпуск с равномерным охлаждением. Далее с этой заготовки проводят съем металла на 50% поверхности на всю длину, глубиной, равной глубине обработки при черновых токарных операциях методом электрохимической обработки. Измеряют деформации оси и по ее максимальной величине рассчитывают осевые остаточные напряжения. Снимают амплитудно-частотную характеристику и вибрируют на собственной частоте до установившегося значения. Оценивают величину осевого остаточного напряжения как функцию собственной частоты колебаний заготовки и принимают за базовый (начальный) уровень осевых остаточных напряжений. Далее аналогичное исследование проводят на второй заготовке с теми же параметрами, но без термической обработки (отпуска) - материал в поставке, что и первая. Далее сверяют численные значения осевых остаточных напряжений двух замеров, и если их разница меньше 5%, то начинают процесс изготовления. В случае, если разница больше 5% измеренных осевых остаточных напряжений чем базовое напряжение при первоначальных замерах, то на операциях обработки проводят замеры осевых остаточных напряжений на каждой из операций. В этом случае вводят дополнительные операции обработки по снижению уровня остаточных напряжений или выбирают оптимальные режимы обработки.

Обработка маложестких цилиндрических деталей по разработанному способу позволяет сократить расход металла и исключить брак при изготовлении.

Бесконтактный способ контроля осевых остаточных напряжений путем функциональной зависимости от собственной частоты заготовки позволяет исключить силовые внешние воздействия и не приводит к изменениям внутренних напряжений всех родов.

Разработанный способ позволяет контролировать уровень остаточных осевых напряжений на каждом этапе (каждой операции) обработки, что позволяет повысить качество готовых деталей.

Измерительный комплекс работает на стандартных элементах, прост в работе и не требует больших материальных вложений и обладает высокой точностью измерения.

Способ реализуется следующим образом. Из общего числа заготовок одинаковых размеров и одной плавки выбирают две. Первую подвергают термической обработке - глубокому отпуску в шахтной печи, закрепляя вертикально одним концом. Необходимое условие - равномерное охлаждение. Далее проводят электрохимическую обработку, снимают 50% металла по всей длине заготовки. Глубину съема рассчитывают по формулам механической черновой обработки на токарных станках, при которой съемная масса заготовки влияет на ее собственную частоту. Заготовку, прошедшую электрохимическую обработку, устанавливают на стойку и закрепляют в вертикальном положении. Вдоль оси заготовки устанавливают датчики линейных перемещений на стойку с шагом равным отношению длины к диаметру десяти. Датчики имеют линейный диапазон измерения 1,5 мм. Показания датчиков выводятся на дисплей для анализа величин и формы деформаций оси заготовки. По максимально измеренной величине деформации рассчитываются остаточные осевые напряжения. Далее на той же установке с заготовки снимается амплитудно-частотная характеристика и определяется ее собственная частота. Датчик вибраций, высокочастотный вибратор и все приборы для снятия амплитудно-частотной характеристики стандартные. Величину остаточных осевых напряжений оценивают как функцию собственной частоты и принимают ее за базовую величину. Далее аналогичное исследование проводят на второй заготовке в состоянии поставки и с теми же геометрическими параметрами, что и первая. Оценивают численные значения осевых остаточных напряжений двух заготовок. При разнице напряжений меньше 5% начинают процесс изготовления, а если разница больше 5% измеренных остаточных напряжений, чем базовое напряжение, то проводят сравнение осевых остаточных напряжений на каждой операции и на операциях, где уровень превышает 5%, вводят дополнительные операции обработки по снижению уровня остаточных напряжений.

Измерение осевых остаточных напряжений неразрушающим устройством путем диагностирования по амплитудно-частотной характеристике заготовки позволяет повысить точность и производительность замеров.

Источники информации

1. Биргер И.А. остаточные напряжения. - М., «Машгиз». 1963, с. 106-107.

2. Авторское свидетельство СССР №996855, кл. G 01 В 5/30, 1983

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения остаточных осевых напряжений в цилиндрических деталях. Для измерения выбирают две заготовки с одинаковой геометрией и физико-механическими свойствами и на одной проводят глубокий отпуск электрохимическим способом и съем металла на 50% поверхности на всю длину. Измеряют деформации оси и по ее максимальной величине рассчитывают осевые остаточные напряжения. Снимают амплитудно-частотную характеристику и вибрируют на собственной частоте до установившегося значения. Оценивают величину осевого остаточного напряжения как функцию собственной частоты колебаний заготовки и принимают за базовый уровень осевых остаточных напряжений. Далее аналогичное исследование проводят на второй заготовке с теми же параметрами, но материал в поставке. Далее сверяют численные значения осевых остаточных напряжений двух замеров и если их разница меньше 5%, то начинают процесс изготовления. При разнице больше 5%, чем базовое напряжение при первоначальных замерах, то на операциях обработки проводят замеры осевых остаточных напряжений на каждой из них. В этом случае вводят дополнительные операции обработки по снижению уровня остаточных напряжений или выбирают оптимальные режимы обработки.

Способ определения остаточных напряжений в цилиндрических деталях, заключающийся в том, что с поверхности детали последовательно удаляют поверхностные слои, измеряют их толщину и диаметр детали до и после удаления, измеряют изгибные деформации детали и по полученным данным рассчитывают остаточные напряжения, отличающийся тем, что из партии маложестких цилиндрических заготовок выбирают одну с одинаковой геометрией и физико-механическими свойствами и проводят термическую операцию глубокий отпуск в вертикальном положении с равномерным охлаждением, и проводят съем металла на 50% поверхности на всю ее длину, глубиной, равной глубине обработки при черновых токарных операциях методом электрохимической обработки, и измеряют деформации ее оси в течение трех суток и по ее максимальной величине рассчитывают осевые остаточные напряжения, и снимают амплитудно-частотную характеристику, а величину осевого остаточного напряжения оценивают как функцию собственной частоты колебаний заготовки и принимают за базовый - начальный уровень, и далее аналогичное исследование проводят на второй заготовке в состоянии поставки и с теме же геометрическими параметрами, что и первая, и сверяют численные значения остаточных напряжений двух заготовок, и если их разница меньше 5%, то начинают процесс изготовления, а если разница больше 5% измеренных остаточных напряжений, чем базовое напряжение, то проводят сравнение остаточных напряжений на каждой операции и вводят дополнительные операции обработки по снижению уровня остаточных напряжений на тех операциях, где уровень превышает 5%.