Способ поверхностного упрочнения

(51)М. Кл,С 210 7/06 Ъеударствекый комитет СССР ео делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения С. А. Букатый Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамениавиационный институт им. акад, С, П, Королева(54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ 1Изобретение относится к области машиностроения и может быть использованодля устранения коробления и повышения усталостной прочности деталей поверх. - ностным плас тическим деформированием,Известны способы поверхностного упрочнения деталей стальной дробью или шариками, которым сообщается кинетическая энергия струей сжатого воздуха, жидкости или ультразвуковым полем 1 ),Недостатком известных способов уп рочнения является коробление деталей, подвергнутых такой обработке.Известен также способ, по которому упрочнение деталей производится в закрытом обьеме (камере) струей рабочей смеси, при этом для обеспечения равномерности обработки деталь перемещают относительно потока дроби и сообщают ей вращательное движение с постоянной угловой скоростью (.2.Однако тонкостенйые детали с несимметричным профилем поперечного сечения, какими являются лопатки турбома 2шин, при равномерном упрочнении претерпевают значительные деформации (коробление), заключающиеся в прогибе в сторону выпуклой стороны. Это происходит от действия остаточных напряжений, появялюшихся в тонком поверхностном слое лопаток после упрочняющей обработки, Кроме того, в процессе упрочнения вращающейся лопатки, когда угол между плоскостью лопатки и направлением потока дроби менее 45 о, происходит значительный расклеп кромок, а наклеп поверхностей лопатки (выпуклой- спинки и вогнутой - корыте) в это время производится неэффективно, что приводит к увеличению времени на операцию упрочнения. Белью изобретения является исключение коробления лопаток.Эта цель достигается тем, что сначала упрочняют одну сторону лопатки и измеряют получаемый ею прогиб, затем в зависимости от величины прогиба опМУстановка состоит из рабочей каь: - ры 1 со стальной дробью, эжекторных сопл 2 для подачи жидкости под давлением, вентильного крана 3 и манометра 4, служащих для регулирования давления жидкости в соплах, привода 5 и приводного вала 6, на котором укрепляется упрочняемая лопатка 7. При включенич установки привод 5 сообщает валу 6, и, следовательно, лопатке 7 возвратно- поступательное в осевом направлении и возвратно-вращательное с наибольшим уг: лом поворота + с движения. Необходимое давление жидкости в соплах устанавливается при помощи вентильного крана 3 и манометра 4Для устранения деформаций выпуклая сторона (спинка) лопатки должна обрабатываться с большей интенсивностью, чем вогнутая (корыто). Поэтому сначала обрабатывают корыто лопатки на режиме, обеспечивающем достаточное упрочнение, При этом лопатка деформируется (прогибается)всторону спинки на величину Е, Затем спинку обрабатывают на более интенсивном режиме, т,е. йри таких параметрах процесса упрочнения, в данном случае давление жидкости или воздуха, чтобы прогиб Ф был устранен. Величина Р определяется по зависимости Р =ГИ)которая находится предварительно с помощью экспериментальных лопаток.Для этого экспериментальные лопатки упрочняются со стороны спинки при различных по величине параметрах Р и затем измеряются получаемые ими прогибы Я . На основе полученных данных с троится график зависимости Р =( К ) (см. фиг. 3). Такая зависимость должна быть заранее построена для каждого типа лопаток.По предлагаемому способу производилось гидродробеструйное упрочнение лопаток первой и третьей ступеней направляющего аппарата из материала ВТ=20, Сначала лопатки обрабатывались с вогнутой стороны при давлении Р = 2,5 кгс/мм в течение= 5 мин при наибольших углах .= +35 со скоростью 20 циклов вращения в минуту, Наблюдаемые при этом величины прогибов в сторону выпуклой стороны составили для лопаток первый ступени К = 5-8 мм, для лопаток третьей ступени Г = 4 - 7 мм, Измерение прогибов производилось при консольном креплении лопаток индикаторами часового типа с пеной деления 0,01 мм, Величины давлений Р, необходимые для угтранения этих прогибов,3 7682ределяют по предварительно построенной зависимости Р = 1 (),где . Р - величина определяемого параметра процесса упрочнения;- величина деформации лопаткипосле обработки одной сторо- знак функциональной зависимости Р от т , величину усилия для обработки другой стороны, например давление жидкости или воздуха,после чего упрочняют другую сторонулопатки, В процессе .обработки каждойстороны лопатке придают в потоке дроби возвратно-вращательное движение относительно своей продольной оси, приэтом. угол поворота не превышает +45от нейтрального положения, когда плоскость лопатки перпендикулярна к направлению движения потока дроби.На фиг, 1 показаны фазы вращенияупрочняемой детали, на фиг. 2 - схемабробеструйной установки, на которой может быть реализован предлагаемый способ; на фиг. 3 - график зависимости25Р = Р (Ю ); на фиг, 4 - номограммадля определения параметров процессаупрочнения,Благодаря раздельности упрочнениявыпуклая и вогнутая стороны лопатки30могут упрочняться с различной интенсивностью и тем самым достигается устранение коробления, Возможность поочередной обработки сторон лопатки обеспе ивается устранением ее вращения с 35постоянной угловой скоростью, Однакодля улучшения условий упрочнения кромоклопатке возвратно-вращательное движение относительно продольной оси с ограниченным углом поворота с(, от нейтрального положения, в котором плоскостьлопатки перепендикупярна к направлениюдвижения потока дроби. При этом за счетисключения фаз вращения, показанныхна фиг. 1 (заштрихованные области, стрел- ф 5: "КИНГ"показайо направление движения потока дроби), в,.два раза уменьшается общеевремя операцйи упрочнения и значительноуменьшается расклеп радиусной частикромок: заусенпы и завальцовка кромокотсугсгвуют,наблюдаются лишь незначительные неровности, удаление которыхпрактически не измейяет радиуса закругления кромок и величину хорды лопат 55Предлагаемый способ упрочнения может быть осуществлен, например,на гид,родробеструйной установке,5 7682 определялись при и омощи номограммы (см, фиг, 4), разработанной на основе вышеуказанной теории деформирования лопаток и экспериментальных исследований, Обработка второй стороны производилась тоже в течение= 5 мин, следовательно, общее время операции упрочнения составило= 10 мин, При допуске на деформации Г,щ = + 0,8 м (здесь " + " - прогиб в сторону выпук О лой стороны, " - " - прогиб в сторону вогнутой стороны) распределение лопаток обеих ступеней по прогибам было следующим:с 0,8 мм +85% 15с 0,8 - 1,1 мм -15Наблюдаемые незначительные превышения допуска объясняются нестабильностью технологических процессов изготовления лопаток и исправляются повторной 20 обработкой в течение 1 =. 1-2 мин,Усталостные испытания показали, что предел выносливости лопаток, обработанных по предлагаемому способу, по сравнению с известным не понижается, 25 формул а изобре т ения1, Способ поверхностного упрочнения лопаток турбомашин, включающий 61 бобработку обеих сторон пластической деформацией, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью исключения коробления лопаток, сначала упрочняют одну сторону лопатки и по величине полученного прогиба определяют усилие, необходимое для обработки другой стороны лопатки, после чего проводят ее упрочнение.2, Способ по п, 1, о т л и ч а ю.щ и й с я тем, чтопластическую деформацию каждой стороны лопатки осуществляют дробью, а лопатке в потоке дроби придают возвратно-вращательное относительно своей продольной оси, при этом угол поворота не превышает Ф 45 о от исходного положения, при котором плоскость лопатки перпендикулярна к направлению движения потока дроби. Источники информации принятые во внимание приэкспертизе1. Авторское свидетельство СССР Мо 185358, кл, С 21 3 7/06, 1965.2, Семенченко И, В. и Мирер Я, Г, Повышение надежности лопаток газотурбинных двигателей, - М., Машиностроение, 1977, с, 146-147.