Способ повышения усталостной прочности деталей Советский патент 1982 года по МПК B23P11/02 C21D7/00 

Изобретение относится к машиностро ению, в частности к обработке металло давлением, и может быть использовано для деталей с выступами, нагруженными пульсирующей нагрузкой, например зубчатых колес, звездочек, консольных опор и т.д. Известен способ повышения усталостной прочности деталей за счет снижения растягивающих напряжений во внешнем слое детали. Он заключается в том что под действием внешних сил в опасных зонах детали вызывают напряжения растяжения, и в этом напряженном состоянии раздают внешние слои с -незначительными растягивающими напряжениями возникающими в процессе работы путем изменения формы, в частности за счет остаточной неразрушающей деформации. В данном способе поверхностный слой а области опасного сечения детали со стороны действия рабочей нагрузки подвергается растяжению и при упрочнении .детали и при ее эксплуатации. Недостатном способа является низкая выносливость при изгибе деталей, имеющих хрупкий поверхностный слой, например цементованный. Это связано с тем что при растяжении хрупкого твердого слоя в процессе пластического деформирования в нем образуются микротрещины, которые являются причиной разрушения детали в процессе эксплуатации С 1. I Целью изобретения является повышение выносливости при изгибе деталей с выступами и с хрупким поверхностным слоем типа цементированных зубчатых колес, работающих под пульсирующей нагрузкой. Поставленная цель достигается за счет того, что согласно способу повышения усталостйой прочности деталей с выступами, работащими под пульсирующей нагрузкой путем приложения деформации растяжения к детали в зоне наибольшей концентраций напряжений, возникающих при эксплуатации, в

теле выступа в зоне концентрации напряжений выполняют полость, а усилие деформации растяжения прикладывают . изнутри к поверхности полости.

Полость выполняют в виде сквозног цилиндрического отверстия.

Деформацию растяжения осуществляю путем запрессовки стержня в сквозное цилиндрическое отверстие в теле выступа.

На стенки полости воздействуют усилием пластической деформации растяжения.

На фиг. 1 изображена деталь с выст пом и выполненной в нем полостью; на фиг. 2 - схема изохром модели выртупа при нагружении внутренней поверхности полости распределенным усилием,, т.е. равномерным растягивающим усилием.

В детали 1 к выступу 2 приложена рабочая пульсирующая нагрузка Р. Под действием рабочей нагрузки Р сторона Основания выступа в опасной зоне 01Ъ растягивается, а сторона с5 сжимается. Между опасными зонами с|Ь и Cd располагается область опасного dfacd сечения. В области опасного сечения в теле выступа выполнена полость 3. Полость смещена от середины выступа в сторону основания выступа cd, которое сжимается при работе. На внутреннюю поверхность полости .действуют усилием деформации растяжения равномерно по всей поверхности, т.е. распределенное усилие« , создающее в ней растягивающие напряжения и вызывающее деформацию Детали. Распределенное усилие с создает во внешнем слое основания выступа в опасной зоне с(Ь сжимающие напряжения, которые во время работы детали суммируются с растягивающими напряжениями от действия рабочей нагрузки. Более ясная картина показана на модели выступа (фиг. 2), выполненная из оптически чувствительного материала на основе эпоксидной смолы ЭД-6: К внутренней стороне цилиндрической полости, выполненной в теле выступа, приложено распределительное усилие от деформации растяжения действия стального стержня, помещенного в полость с натягом. При просвечивании модели на поляризационной установке ППУ-7 получена представленная на фиг. 2 картина изохрома.

Внешний слой основания в опасной зоне с(Ъ сжимается ot действия распределенного усилия в полости с

а в зоне cd растягивается.

Распределенное усилие, создающее растягивающие напряжения на внутренней поверхности полости, вызывает в опасной зоне выступа сжимающие напряжения на стороне, которая растягивается под действием рабочей нагрузки, и растягивающие напряжения - на противоположной стороне. Вследствие этого уменьшаются растягивающие напряжения во внешнем слое опасной зоны выступов в процессе работы и повышается выносливость при изгибе.

Оптимальное распределение величины, места приложения и направления действия усилия назначают в зависимости от конфигурации выступа, действующей рабочей нагрузки и. условий эксплуатации.

Наиболее технологично распределенное усилие (деформация растяжения) , прикладывать к полости в теле выступа, выполненной в виде сквозного цилиндрического отверстия, и создавать его упругим телом, помещаемым в полость с натягом, например, стальным стержнем, шариками и т.д.

В том случае, когда силы прикладываются к полости сложной формы (например, при реверсивной нагрузке), целесообразно создавать равномерно распределенное усилие сжатием в полости жидкости, пластмассы, свинца и т.п.

Для получения максимального эффекта повышения выносливости при изгибе величину распределенного усилия назначают такой, чтобы оно осуществляло на внутренней поверхности пластическую деформацию. В этом случае тело, создающее распределенное усилие, по окончании процесса упрочнения может быть удалено из полости. Конкретная реализация способа проводится на зубчатом колесе с параметр ами: модуль п Ц: число зубьев Z 32, ширина зубчатого венца 20 мм, материал сталь 5. В области опасного сечения выступа, расположенной в основании зуба между галтелями, выполняется сквозная цилиндрическая полость диаметром 3,5 мм, центр которой располагается между серединой зуба и галтелью. Распределенное усилие в полости создается стальным закальным стержнем, помещаемым в полость по прессовой посадке. В результате испытаний установлено повьвиение нагрузочной способности, приблизительно на 15.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что материал в опасной зоне выступа, которая растягивается в процессе работы, не подвергается действию пластической деформации Это позволяет применять данный способ для повышения нагрузочной способности деталей, имеющих хрупкий поверхностный слой, например, к цементованным зубчатым колесам.

Предлагаемый способ позволяет повышать выносливость при изгибе стержней. Экономический эффект достигается за счет повышения нагрузочной способности деталей до 15%.

Формула изобретения

1 .Способ повышения усталостной прочности деталей с выступами (частями), работающими под пульсирующей нагрузкой путем приложения деформации растяжения к детали в зоне наибольшей концентрации рабочих напряжений, воз { 1кающих при эксплуатации, отличающийся тем, что, с целью Повышения усталостной прочности при изгибе деталей с выступами и с хрупким поверхностным слоем типа цементированных зубчатых колес, в теле выступа в зоне концентрации напряжений выполняют полость, а усилие деформации растяжения прикладывают изнутри к поверхности полости.

1

2.Способ по п. 1,отличающий с я тем, что полость выполняют в виде сквозного цилиндрического отверстия.

3.Способ по пп. 1 и 2,- о т л и чающийся тем, что деформацию растяжения осуществляют путем запрессовки стержня в сквозное цилиндрическое отверстие в теле выступа.

k. Способ по п. 1,отличающий с я тем, что на стенки полости воздействуют усилием пластической деформаций растяжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Ст. Германии 636520, кл. kS Б 9/00, 1936 (прототип).

г