Способ дагиса упрочнения деталей

9) 5 В 23 Р 6/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛ ЬСТВУ АВТОРСКОМ(57) Испол ь валов с по ность изоб верстий инструмент том и усили нормальны з.п, ф-лы, 3 ление Сущых отатию еменьными зок, 1 носят разгр ло ва вблизи кромок поперечных отве иужающие канавки вдавливаниемла пуансона.Однако эти способы, хотя и обеспечивают увеличение усталостной прочности деталей типа валов в зоне поперечныхотверстий, но имеют недостатки, Например,раззенковка кромок отверстий дает недостаточное повышение усталостной прочно-.сти. Другие способы-аналоги уменьшенияконцентрации номинальных напряженийсложны и трудоемки, поэтому их применяютредко,Основным недостатком известных способов-аналогов является то, что в процессеобработки кромок отверстий не удается пол. учить упрочненную зону, имеющую формуэпюры напряжений, что не дает возможности получить наибольший положительныйэффект от упрочнения при минимальных затратах, При этом дополнительную деформацию детали создают на участках, гдеотсутствует концентрация напряжений.Наиболее близким к предлагаемому является способ, согласно которому упрочняют детали и уменьшают концентрациюнапряжений в зоне кромок поперечных отОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(56) Заблонский К.И. и Мак С,Л, Влияниеконструктивных форм деталей машин на ихдолговечность. Киев: Техника, 1971, с, 114115;(54) СПОСОБ ДАГИСА УПРОЧН ЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ Изобретение относится к упрочнению деталей, имеющих поперечные отверстия, к способам упрочнения деталей в зонахрасположения поперечных отверстий путем со-. здания на кромках отверстий напряжений сжатия пластическим деформированием, а именно к упрочнению валов и осей, снабженных поперечными сквозными и глухими отверстиями путем обжатия их кромок,Способ может быть использован, например, на ремонтных предприятиях агропромышленного комплекса . при восстановлении шеек коленчатых валов автотракторных.двигателей наплавкой, при перешлифовке шеек валов на ремонтные размеры для их упрочнения в зонах расположения поперечных маслоподводящих каналов.Известны способы-аналоги упрочнения деталей, снабженных поперечными отверстиями, согласно которым кромки поперечных. отверстий упрочняют несколькими способами: раззенковывают кромки поперечных отверстий; скругляют их выходы резанием; в зоне выхода поперечных отверстий на валах и осях снимают лыски; обжимают стенки отверстий шариками; назование: ремонт и изгото перечными отверстиями ретения; кромки поперечнподвергают обж ом с граненым рабочим э ями прямо пропорционал м напряжениям от нагру ил.верстий путем пластической деформации ихшариком или конусом. Деформация кромокприводит к образованию благоприятных остаточных напряжений сжатия и к увеличению усталостной прочности валов, Врезультате абжатия шариков происходитскругление кромок (см.фиг.2 э).Основной недостаток способа-прототипа состоит в том, что форма отпечатки шаровой или конической поверхности накромках поперечного отверстия, выходящего на цилиндрическую поверхность вала, а,также эпюра остаточных напрякений, полученная на кролкэх отверстия в процессе.уйрочнения, не совпадает с эпюрой нормальных напрякений, возникающихв зоневыхода поперечного отверстия при кручении.На фиг.2 б совмещены и показаны точкиэ наибольших нормальных напряжений,возникающих при кручении, и точки б наибольших напряжений сжатия, возникающихпри обжатии кромок шариком или конуснымрабочим элементом инструмента.Из фиг,1 и 2 б следует, что при обжатиикромок согласно способу-прототипу наибольшие благоприятнь 1 е напряжения сжатия на кромках получают в точках б, гденоминальные напряжения от кручения (на-.грузки) имеют минимальное значение иливообще отсутствуют, Отпечаток 4 рабочего"-элемента инструмента на кромках отверстия 3 (фиг.2 б) получэот в форме эллипса,большая ось котооого совпадает с образующей поверхности шейки вала.Основным недостатком способа-прототипа обкатия кромок является то, что наибольшие напряжения сжатия не создаютсяв точках наибольших нормальных напряжений, возникающих при кручении, где собственно зарождаются трещины отциклических нагрузок.Целью изобретения является увеличение надежности и прочности деталей с поперечнь 1 ми отверстиями,Поставленная цель достигается тем, чтообжатие кромок отверстий осуществляютинструментом с граненым рабочим элементом и усилиямй, прямб пропорцибйэльныминормальным напрякениям от нагрузок, ,применяют инструмент, снабженный приспособлением для его ориентации на деталях в процессе обждтия.На фиг,1 показана.эпюра нормальныхнапряжений, возникающая нэ кромках поперечного отверстия вала под нагрузкой; нафиг,2 - форма отпечатка рабочего элементаинструмента на кромках поперечного отверстия при обжатии кромок по способупрототипу, расположение точек а наибольших нормальных напряжений и точек б наибольших напряжений сжатия послеупрочнения по способу-прототипу; на фиг.З- конструкция инструмента для пластиче 5 ского деформирования кромок согласнопредлагаемому способу и эпюрэ напряжений сжатия после обработки кромок пластическим деформированием согласнопредлагаемому способу.10 На чертежах приняты следующие обозначения: вэл 1; эпюра 2 нормальных напряжений вокруг поперечного отверстия вала;кромка 3 поперечного отверстия; контур 4отпечатка шара или конуса на поверхности15 вала, полученный при обжэтии кромок поизвестному способу; инструмент 5; приспособление б для ориентации инструмента надетали, выполненное в виде стрелки; рабочий элемент 7 инструмента, выполненный в20 виде граненнаго конуса; поверхности 8 и 9граненного рабочего элемента инструмента, состоящие из круговых и плоскихповерхностей соответственно; контур 10 отпечатка инструмента 5 при,25 его вдавливании в кромку поперечного от;верстия на поверхности вала согласно предлагаемому способу; а - точка наибольшегонормального напряжения на кромках отверстия при кручении вала; б - точки наимень 30 шего номинального напряжения на кромкахотверстия при кручении вала и наибольшегопластического деформировэния при обжатии отверстия по известному способу; Р -вектор силы, обжимающий кромку; Д - диа 35 метр поперечного Отверстия; Мк - векторыкрутящего момента, действующего на вал,Рассмотрим сущность способа упрочнения.Определяют эпюру нормальных напря 40 жений, действующих в зоне поперечных отверстий в детали, т.е. в зоне концентрациинапряжений,Эпюра нормальных напряжений, дейст-вующих в зоне поперечных отверстий валов,45 передающих крутящие моменты, изображена на фиг.1, Нэ этой фигуре буквой а обозначены точки наибольших нормальныхнапряжений, расположенные на радиусахпоперечных отверстий, проходящих под уг 50 лом 45" к образующей вала. Разрушение шеек валов, как правило,зарождается в этих точках.Согласно изобретению получаем наи большее увеличение усталостной прочностивалов с поперечными отверстиями при соблюдении условия, что наибольшее пластическое деформирование и наибольшие остаточные напряжения сжатия будут созданы в точках а (фиг.1 и 2), где действуютнаибольшие нормальные напряжения от на- Предлагаемый способ обжатия кромокгр зок.РУ поперечных отверстий включает следующиеЭто условие обеспечивается предлагае- основныеоперацйи.мым способом, например, тем, что для пла- Выбирают форму и размеры рабочегостической деформации кромок поперечных 5 элемента инструмента, обеспечивающие таотверстий выбирают инструмент, снабжен- кую пластическую деформацию кромок поный коническим граненым стальным зака- перечных отверстий, которая создаетленным деформирующим рабочим величинуобжатия кромокнаотдельныхучаэлементом, изображенным на фиг,За и Зб. стках, прямо пропорциональную нормальУгол при вершине конуса рабочего зле ным напряженям от нагрузок, Устамента выбирают в пределах 90 - 120, наи- навливают вал на подставку, а инструбольший диаметр:;онуса ориентировочномент - на кромку отверстия и ориентируютпринимают 2 Д (два диаметра пойеречного его согласнозаданномуположению. Вдэвотверстия). На конической деформируемой ливают рабочий элемент в кромку поперечповерхности рабочего элемента изготавли ного отверстия с заданным усилием.вают лыски (углубления) 9 (фиг,За и Зб), Снимают нагрузку и совершают переПт реход.ри вдавливании в кромку поперечного Согласно предлагаемому способу дляотверстия инструмента с изображенным на обжатия кромок применяют различные вифиг,За и Зб рабочим элементом происходит ды прессов или слесарные молотки, При обследующее. 20 жатии допускается переустановкаВ начале процесса обжатия рабочий инструмента в нескольких заданных полоэлемент гранями контактирует с кромками жениях, Усилие обжатия кромок выбираютсотверстия и обжимает их. После вдавлива- учетом заданной величины обжатия и сония в кромку участков 8 рабочего элемента противления материала пластической дена заданную величину начинают деформи формации,ровать кромку отверстия участка 9, Кромки П р и м е р. Упрочнение шеек коленчапоперечного отверстия, контактирующие с тых валов автотракторныхдизельныхдвигагранями 8 рабочего элемента, получают телей ЯМЗосуществляется следующимбольшее обжатие, а кромки напротив участ- образом,ков 9 - меньшееобжатие. 30 Колеччатые валы автотракторных двиДля обжатия кромок поперечных отвер- гателей ЯМЗизготовлены из стали 50 Г,стий в валах участок 9 рабочего элемента Шейки имеют поверхностную закалку исовмещают с участками кромок, где номи- снабжены сквозными поперечными отвернальные напряжения в валах имеют мини- стиями, предназначенными для подводамальные значения. Например, совмещают с 35 смазки к шатунным подшипникам, Диаметр. точками б, изображенными на фиг.2. Для отверстий в шатунных шейках б мм, а вориентации инструмента используют стрел- коренных 8 мм,ку б, которую визуально размещают парал- В процессе восстановления шеек ко-.лельно образующей шейки или ее оси. ленчатых валов наплавкой получают пос леосле обжатия.кромок поперечного от обработки шеек масляные каналы с острыверстия предлагаемым способом пластиче- ми кромками, Поперечные отверстия в шейского деформирования получают отпечаток ках являются концентраторами напряженияи эпюру 10 напряжений сжатия, показан- иуменьшаю-.усталостнуюпрочностьколенную на фиг.Зс, которая совпадает или нахо- валов, Вокруг отверстий возникают неравдится близко к эпюре нормальных 45. номерные нормальные напряжения отнапряжений в зоне кромок поперечнбго от- нагрузок, эпюра которых приведена наверстия (фиг.1), фиг,1.Согласно изобретению форма рабочего . Для увеличения циклической прочностиэлемента может отличаться от изображен- шеек валов в зоне масляных каналов произной на фиг.2 а и 2 б, но его форма всегда 50 водят обжатие кромок масляных каналовдолжна обеспечивать создание эпюры на- предлагаемым способом. Для этого послепряжений сжатия, прямо пропорциональ- чистового шлифования шеек коленчатыйной и в основном совпадающей с эпюрой вал устанавливают на подставку пресса внапряжений отнагрузок в зоне поперечного заданном положении и ориентируют отверотверстия, 55 стие в шейках относительно штока пресса,Приспособление для ориентации инст- Закрепляют вал. В штоке пресса в заданномрументасучетомэпюрынормальнихнапря- положении крепят обжимающий инстрт ужений может быть выполнено не только в мент, Подводятинструментккромкампопевиде стрелки, но и иметь другие.конструк- речного отверстия и вдавливают его втивные решения. кромку с заданным усилием (45000-50000Н). Снимают нагрузку, отводят инструмент и переустанавливают вал для обжатия кромки следующего поперечного отверстия.После обжатия кромок всех поперечных отверстий, вал снимают с пресса и отправляют для выполнения отделочных операций.Предлагаемый способ упрочнения деталей дает возможность дополнительно увеличить циклическую прочность деталей с поперечными отверстиями, повысить их надежность, Для упрочнения деталей не требуется разработки специального технологического оборудования, Способ прост и применим как при восстановлении деталей, так и при изготовлении новых,Способ исключает необходимость пластического деФормирования кромок поперечных отверстий на участках, не влияющих на усталостную прочность, Поэтому возникает возможность получить экономию энергии при выполнении обжатия кромок,уменьшить нагрузки на технологическоеоборудование.5 Формула изобретения1. Способ упрочнения деталей в зоневозникновения местных напряжения из-запоперечных отверстий, включающий обжатие кромок отверстий для создания остаточ 10 ных напряжений сжатия, о т л и ч а ю щ и йс я тем,что, с целью увеличения надежности и прочности деталей, обжатие кромокосуществляют инструментом с граненымрабочим элементом и усилиями, прямо про 15 порциональными нормальным напряжениям от нагрузок.2. Способ по п 1, о тл и ч а ю щи й с ятем, что инструмент снабжен приспособлением для его ориентации на детали в про 20 цессе обжатия,ектор И Мус Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж ул. Гагарина, 10 Заказ 2650 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственног ;:.итета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5