Способ повышения усталостной прочности деталей

(22) Заявлено 30. 06. 80 (21) 2950464/25-27с присоелиненнем заявки,% В 23 Р 11/02 С 21 О 7/00 Гееуаарствннвй кенитвт ьСьр аа лелем изабретеннл н открытий. Ростовский ордена Трудового Красного Знаменыгосударственный университет(54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕИИзобретение относится к машиностроению, в частности к обработке металлов давлением, и может быть использовано для деталей с выступами, нагруженными пульсирующей нагрузкой, например зубчатых колес, звездочек, консольных5 опор и т.д.Известен способ повь 1 шения усталостной прочности деталей за счет снижения растягивающих напряжений во внешнем слое детали. Он заключается в том,о что под действием внешних сил в опасных зонах детали вызывают напряжения растяжения, и в этом напряженном состоянии раздают внешние слои с неэна"13 чительными растягивающими напряжениями, возникающими в процессе работы путем изменения формы, в частности за счет остаточной нераэрушающей деформации. В данном способе поверхностный слой в области опасного сечения детали со стороны действия рабочей нагрузки подвергается растяжению и при упрочнении ,детали и при ее эксплуатации. Недостатком способа является низкая выносливость при изгибе деталей, имеющих хрупкий поверхностный слой, например цементованный, Это связано с тем,что при растяжении хрупкого твердогослоя в процессе пластического деформирования в нем образуются микротрещины, которые являются причиной разрушения детали в процессе эксплуатации Г 11,Целью изобретения является повышение выносливости при изгибе деталейс выступами и с хрупким поверхностнымслоем типа цементированных зубчатыхколес, работающих под пульсирующейнагрузкой.Поставленная цель достигается засчет того, что согласно способу повышения усталостной прочности деталейа выступами, работающими под пульсирующей нагрузкой путем приложениядеформации растяжения к детали в зоне наибольшей концентрации напряжений, возникающих при эксплуатации, втеле выступа в зоне концентрации напряжений выполняют полость, а усилие деформации растяжения прикладывают, изнутри к поверхности полости.Полость выполняют в виде сквозногоцилиндрического отверстия. Деформацию растяжения осуществляютпутем запрессовки стержня в сквозноецилиндрическое отверстие в теле выступа.На стенки полости воздействуют усилием пластической деформации растяжения.На фиг. 1 изображена деталь с выступом и выполненной в нем полостью;на фиг. 2 - схема изохром модели выступа при нагружении внутренней поверхности полости распределенным усилием, т.е. равномерным растягивающим усилием.В детали 1 к выступу 2 приложенарабочая пульсирующая нагрузка Р. Под действием рабочей нагрузки Р сторона Основания выступа в опасной зоне ОЬ растягивается, а сторона Сд сжимается. Между опасными зонами 4 Ь и СЙ располагается область опасного ОЬсй сечения. В области опасного сечения в теле выступа выполнена полость 3. Полость смещена от середины выступав сторону основания выступасд, которое сжимается при работе. Навнутреннюю поверхность полости .действуют усилием деформации растяжения равномерно по всей поверхности, т.е. распределенное усилие с, создающее в ней растягивающие напряжения и вызывающеедеформацию детали. Распределенное усилие с, создает во внешнем :слое основания выступа в опасной зоне бЬ сжимающие напряжения, которые во время работы детали суммируютсяс растягивающими напряжениями от действия рабочей нагрузки, Более ясная картина показана на модели выступа .(фиг. 2 ), выполненная иэ 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 поляриэационной установке ППУ"7 получена представленная на фиг. 2 картина изохрома.Внешний слой основания в опаснойзоне бЬ сжимается от действия распре 5 0 30 деленного усилия в полости с, а взоне сдрастягивается.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 эо" ны 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 условийэксплуатации.Наиболее технологично распределен;,ное усилие деформация растяжения )прикладывать к полости в теле выступа,чвыполненнои в виде сквозного цилиндрического отверстия, и создавать егоупругим телом, помещаемым в полость с натягом, например, стальным стержнем, шариками и т.д.В том случае, когда силы прикладываются к полости сложной формынапример, при реверсивной нагрузке), целесообразно создавать равномерно распределенное усилие сжатием в полости жидкости, пластмассы, свинца и т. и. 35 40 45 50 55 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 параметрами: модуль п 1= ч: число зубьев 2 = 32, ширина зубчатого венца 20 мм, материал- сталь 15. В области опасного сечения выступа, расположенной в основании зуба между галтелями, выполняется сквозная цилиндрическая полоть 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 повьаение нагру5 9352 зочной способности, приблизительно на 153,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 по О верхностный слой, например, к цементованным зубчатым колесам.Предлагаемый способ позволяет повышать выносливость при изгибе стержней. Экономический эффект достигает ся за счет повышения нагрузочной способности деталей до 15.формула изобретения201, Способ повышения усталостной прочности деталей с выступамичастями ), работающими под пульсирующей нагрузкой путем приложения деформации рас тяжения к детали в зоне наибольшей концентрации рабочих напряжений, возщкающих при эксплуатации, о т л иМ 8 6ч а ю- щ и й с я тем, что, с цельюПовышения усталостной прочности приизгибе деталей с выступами и с хрупким поверхностным слоем типа цементированных зубчатых колес, в теле выступа в зоне концентрации напряженийвыполняют полость, а усилие деформации растяжения прикладывают изнутрик поверхности полости.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что полость выполняют в виде сквозного цилиндрического отверстия.3. Способ по пп. 1 и 2 о т л и - ч а ю щ и Й с я тем, что деформацию растяжения осуществляют путем запрессовки стержня в сквозное цилиндрическое отверстие в теле выступа.Способ по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что на стенки полости воздействуют усилием пластической деФормации растяжения,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Патент Ст, Германии 636520,кл. Й 9 3 9/00, 1936 (прототип),Состави Техреду Ти раж 1осударстлам изобсква, Жель И. Басо .Пекарь Подписа СССРытийб г д. 4/л. Проектн енного комит етений и откРаушская