Способ изготовления деталей с отверстиями

)5 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНО ВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 2ние: изботки дмею строительный засалеев, А.М,КиПатрикеевтво СССР(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛОТВЕРСТИЯМИ Изобретение относится к области обработки давлением элементов конструкций, имеющих отверстия.Целью изобретения является повышение ресурса силовых конструктивных элементов за счет увеличения времени до возникновения усталостной трещины и ее развития до критических размеров.На фиг,1 изображено взаимное расположение и геометрические параметры отпечатков в конструктивном элементе; на фиг,2 - напряженно-деформированное состояние в зоне упрочняемого отверстия; на фиг,З - последовательность выполнения операций упрочнения зоны отверстия; на фиг,4- окончательный вид упрочненного отверстия,Укаэанное на фиг.1 взаимное расположение отпечатков приводит к тому, что остаточные сжимающие напряжения 00 ст,(57) Испол ьзовак области обраконструкцийность: на деталничивающим ипуансонами дваразличной глубсечения, распорасстояниях дрка вдавливанияными усилиотпечатков, ихпуансонов свяформулой, привтений. 4 ил,обретение относится авлением элементов и щих отверстия. Сущи формируют внешним огра- внутренним упрочняющим концентрических отпечатка ины и формы поперечного ложенных на определенных уг от друга с выбором поряд- этих пуансонов, определенями, причем удаление глубина и сила вдавливания заны заявляемой авторами еденной в описании изобресоздаваемые пластической деформаци охватывая зону вероятного зарождения и развития усталостной трещины, снижают уровень деиствующих растягивающих эксплуатационных напряжений; взаимодействие внешнего ограничивающего деформацию отпечатка с внутренним упрочняющим отпечатком приводит к увеличению зоны с остаточными сжимающими напряжениями.Механизм перераспределения напряжений поясняется фиг.2, где показаны поля напряжений вокруг неупрочненного отверстия, остаточные сжимающие напряжения после формирования отпечатков, и суммарная эпюра напряжений в зоне упрочненного отверстия с образованием участка действующих напряжений ниже уровня номинальных напряжений, Наличие такого участкаприводит к замедлению скорости роста трещин в данной области.Указанная на фиг.З последовательность выполнения отпечатков с применением жесткой силовой фиксации ограничивающего пуансона поз.1, имеющего кольцевой выступ, внедренный в упрочняемый материал поз.2 обеспечивает его объемную деформацию в зоне отверстия и вокруг него при внедрении упрочняющего пуансона поз,З, Наведение остаточных сжимающих напряжений в условиях объемно-деформированного состояния материала приводит к увеличению фактического предела текучести материала и позволяет повысить уровень остаточных сжимающих напряжений до величины предела текучести (%) по всей зоне, ограниченной внешним кольцевым отпечатком. При этом исключается возможность возникновения технологических трещин при выполнении внутреннего упрочняющего отпечатка.На фиг.4 показан вид упрочненного отверстия после его окончательного изготовления,Способ осуществляется следующим образом.Расчетным или экспериментальным методом определяются отверстия, в зоне которых с целью повышения ресурса целесообразно провести упрочнение. Нэ конструктивных элементах проводится разметка отверстий и известными методами осуществляется вдавливание сначала ограничивающего пуансона с его жесткой силовой фиксацией в конечном положении, а затем упрочняющего пуансона, причем ось намеченного отверстия должна совпадать с осями пуансонов,Процесс освобождения упрочняемой детали выполняют в обратной последовательности,При определении удаления отпечатков учитываются следующие факторы: достижение максимального уровня остаточных сжимающих напряжений в зоне пика эксплуатационных напряжений, вызванного наличием концентратора напряжений; распространение высокого уровня остаточных сжимающих напряжений в зоне медленного развития усталостной трещины,Уровень эксплуатационных напряжений действующих в непосредственной близости от концентратора напряжения характеризуется теоретическим коэффициентом концентрации (ао), определяемым отношением:Оаахономи) =4 5 0,3560 5 1Кп 1 9 051,0где гп и с - характеристики материала;в - параметр характеризующий интенсивность возрастания скорости развития 30 трещин при изменении;К - коэффициент интенсивности напряжений; 25 К =ок 1 35где - полудлина трещины;о - действующее напряжение.Учитывая, что период развития трещиК40 Ксны в диапазоне - = 0-0,5 составляет 80-90 общей длительности роста трещины (ДРТ),нет смысла формировать зону остаточнь 1 хсжимающих напряжений выходящую зарамки этого условия, т.е, удаление отпечат ков (1), друг от друга определяется при условии К=0,5 Кс.Для упрощения расчетов эксплуатационный спектр обычно приводят к уровнюнапряжений50 о= 0,5 ор где оР - расчетное напряжение, определяемое с учетом коэффициента чувствительности материала к надрезу (а),ова -08 - 1,0Анализ кривых усталости показывает, что одинаковая долговечность неупрочненгде ошах,оном - максимальнре и номинальное напряжение соответственно,Существенное значение на долговечность конструктивного элемента оказывает также и градиент напряжений характеризующий быстроту снижения действующих напряжений по мере удаления отконцентратора. Анализ величины и эоны действия повышенных напряжений вызванных концентратором в виде отверстия показывает, что величина максимальных напряжений составляет (2,5-3) оном, а эона их действия определяется величиной 1,5 / мм.15 Статистический анализ кинетической диаграммы разрушения при линейно-кусочной аппроксимации функции скорости роста трещины показывает, что можно принять следующие диапазоны:20 Ка =3 при 0 т 0,35ных и упрочненных современными методами пластического деформирования при условии о"вУ"Р = (0,75-0,85) сУг"Р Таким образом, средний эффективный уровень напряжений действующих в упрочненной зоне составляет 0,75-0,85 уровня номинальных напряжений.Учитывая вышеизложенное, имеем: откуда К 2 1=0,64 -4Так как соотношение Кс/сгв у современных сплавов находится в интервале 3,0-4,5 размернаходится в интервале 6-14 мм,Расчетные данные подтверждаются экспериментальными, где плоский участок усталостной зоны излома, характеризующийся медленным развитием трещины, образца типа "полоса с отверстием" шириной 36 мм и (отв = 6 мм составляет 3-5 мм в каждую сторону от отверстия, т,е. полный размер 2 г с учетомотв составляет 12-16 мм, Таким образом, окончательно удаление отпечатков друг от друга рекомендуется принимать в диапазоне = (0,8-1,5)Оотв.Глубина ограничивающего отпечатка (и) выбирается исходя из требования достаточного стеснения материала в радиальном направлении с одновременным сохранением достаточн,ых прочностных характеристик сечения ослабленного этим отпечатком и принимается в интервале (0,05-0.15)Я, а форма поперечного сечения должна создавать возможно меньшую концентрацию напрякений, например, в виде сопряжения радиусов,Глубина и форма упрочняющего отпечатка выбирается из условия максимального равномерного вытеснения материала в радиальном направлении и принимается глубина в интервале (0,3-0,5)Я, форма - цилиндрическая со сферическим окончанием.Условием, определяющим силу, действующую на ограничивающий пуансон, является загрузка внутренней площади контакта этого пуансона, ограниченной кольцевым выступом, напряжениями, превышающими предел текучести (%) упрочняемого материала нэ 20-25 О для гарантированного сохранения габаритов сформированной зоны упрочнения, при выРу- - 0,5 К стг Оотв2= 0,5 т 100 10 -16 т55 0,5 Кс = 0,50,8 0,85(то кф 1 теснении материала упрочняющими пуансоном, который в свою очередь должен создавать напряжения, превышающие нааналогичную величину вышеуказанные, для5 его гарантированного внедрения на заданную глубину. Исходя из этого, усилия наограничивающий и упрочняющий пуансоныопределяются по формулам;Ро = (1,2-1,5) 7 т Ог( - 0,25 Оотв )10 Ру = (0,35-0,6) К Ог Оотв,где- расстояние между центрами отпечатков;Оотв - диаметр отверстия,В качестве примера рассмотрим вари 15 ант упрочнения отверстия 10 мм в панели изВТ 20 толщиной 4 мм,Для материала ВТ 20 характеристикаОт = 85-100 кгlмм . Соотношение парэмет 2ров отпечатков и усилий определены по ре 20 комендованным формулам с использованием следующих коэффициентов:- 1 ЗОотв = 1,310 = 13 ммКоэффициент 1,3 выбран по следующимсоображениям: так как свободный край де 25 тали удален от упрочняемого отверстия, этоисключает растрескивание перемычки детали и позволяет увеличить зону остаточныхсжимающих напряжений, приняв большуювеличину коэффициента, для материалов с30 высокими от не рекомендуется применятьмаксимально допустимых значений коэффициентов, так как это требует больших усилийвоздействия на ограничивающий пуансонд =0,1 Я =0,1 4=0,4 мм35 в первом приближении рекомендуется принимать среднее значение коэффициента0,1, которое может корректироваться по результатам лабораторных испытанийН = (0,4-0,5) Я = (0,4-0,5) 4 = 1,6-2,0 мм .40 Для пластических материалов рекомендуется принимать большие значения коэффициентов.Ро и Ру определяются с использованиемсредних значений коэффициента, которые45 могут корректироваться по результатам лабораторных испытаний Ро = 1 35 Л(7 т (12 - 0,250 отв ) =250: 1,35л 100(13 - 0,25 10 ) =60 т Эффективность пластического деформирования для увеличения срока службы деталей подтверждена результатами блочных испытаний образцов типа "полоса с отвер1808878 Составитель М,МорозовТехред М,Моргентал Корректор М.К Трубч Реда кт Заказ 1258 ВНИИПИ Гос Тираженного комитета и13035, Москва, ЖПодписноеэобретениям и открьтиямРаушская наб., 4/5 ГКНТ СССР зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужг л, Гагарина,стием" иэ плит сплава 1440 с габаритами 10 60 250 мм; Роте = 8 мм, Блок представлял собой совокупность нагрузок семи различных уровней с оп 32,3 кг/ммг,Долговечность до разрушения образцов с отпечатками в 1,5 раза больше долговечности образцов без отпечатков.формула и зоб рете н и я Способ изготовления деталей с отверстиями, включающий предварительную холодную пластинчатую деформацию зоны формирования отверстия с помощью пуан-. сонов и последующее выполнение отверстия, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения срока службы деталей, перед пластической деформацией осуществляют дополнительную холодную пластическую деформацию с помощью ограничивающих пуансонов с приложением усилия Ро = (1,2- 5 1,5) л%( -0,25 Ротв ) и получением кольцевых отпечатков глубиной и = (0,05-0,15)Я на расстоянии 1 = (0,8-1,5)Роев от оси отверстия, а пластическую деформацию зоны отверстия проводят без снятия усилия Ро с приложением 10 усилия Ру =(0,35-0,6)й %Рота на упрочняюгщий пуансон, с получением отпечатка глубиной Н = (0,3-0,5)Я, где Я - толщина детали; От - предел текучести материала детали; Ро - диаметр отверстия.15