Способ упрощения деталей поверхностным пластическим деформированием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 862 24 В 39/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Волгоградский политехнический институт(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМДЕФОРМИРОВАНИЕМ(57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам поверхностного пластического деформирования, и позволяет повысить усталостную прочность обработанных деталей путем обеспечения упрочнения на оптимальную глубину. Осуществляют измерение предельной равномерной деформации материала детали при растяжении и деформирование поверхностного слоя детали роликом, добиваясь деформации, равной измеренной. Перед обкаткой измеряют истинный предел прочности и истинное сопротивление разрыву материала детали при растяжении. Деформируют поверхностный слой детали роликом на глубину, определяем ю из вы ажения 6,=0 ь 0,5 - -/(0,375 5 ь):(5 ь+0,55 ь, где и, - глубина пластически деформированного слоя детали; Вь - диаметр обрабатываемой детали; 5 ь - истинный предел прочности материала детали; 5 ь - истинное сопротивление разрыву материала детали. Способ с 2 позволяет повысить эффективность упрочнения путем повышения долговечности, 3 ил., 2 табл.С:1Изобретение относится к машиностроению, в частности к поверхностному пластическому деформированию (ППД) деталей машин, и является усовершенствованием известного способа по авт. св.856772,Цель изобретения - повышение усталостной прочности обработанных деталей путем обеспечения упрочнения на оптимальную глубину.На фиг. 1 показана схема распределения остаточных растягивающих (ар) и сжимающих (о,.) напряжений в поперечном сечении детали (с диаметром 0 ь), подвергнутой поверхностному пластическому деформированию в зависимости от глубины 6, упрочненного слоя при одинаковых значениях интенсивности пластической деформации, равной в, и сжимающих в остаточных напряжениях она поверхности; на фиг. 2 - схема распределения рабочих напряжений изгиба в поперечном сечении детали; на фиг. 3 - схема диаграммы предельных амплитуд рабочих напряжений,Повышение эффективности упрочнения путем увеличения усталостной прочности (долговечности) деталей машин достигается путем определения перед упрочняющей обработкой истинного предела прочности и истинного сопротивления разрыву материала детали при растяжении и по их соотношению определяют оптимальное значение глубины слоя.Следовательно, чем больше 5 ь, т. е. о тем больше при той же глубине слоя 6, и величина растягивающих остаточных напряжений о. Таким образом, для снижения растягиваю щих остаточных напряжений (что способствует повышению предела выносливости и долговечности) целесообразно назначать тем меньшую глубину упрочненного слоя, чем выше о.Зависимость глубины 6, упрочненного слоя от истинного сопротивления разрыву 5 материала детали поясняется следующим образом.Предельная амплитуда рабочих напряжений о в зоне очага разрушения, т. е. на глубине 6 меньше предела выносливости на поверхности офиксируемого при испытании (фиг. 2);0 50 ь - 6Оа,с=0-1 - =оК - ,ааагде 0=0,50 ь - радиус вала;Рь=(0,50 ь - 6 с) - радиус границы пластически деформированного слояОтсюдаОа,с)Из этого соотношения видно, что при данном значении о величина фиксируемого при испытании значения отем выше, чем больше глубина пластически деформированного слоя 6,.50 где 0 р - диаметр ролика в плоскости обкатки;0 ь - диаметр обрабатываемой детали;о, - предел текучести материала упрочняемой детали;НД - пластическая твердость материаладетали;6, - глубина пластически деформированного слоя детали;Х - коэффициент, учитывающий влияние эксцентриситета контактной 4008622Однако с увеличением 6, возрастаютрастягивающие остаточные напряжения ор,действующие под слоем. А это значит, чтос увеличением глубины 6, предельная амплитуда рабочих напряжений под слоем о5 уменьшается, что способствует снижениюо,. При знакопеременном симметричномизгибе образца наличие остаточных растягивающих напряжений о, преобразует симметричный цикл рабочей нагрузки в несимметричный цикл нагружения со средним растягивающим напряжением (равным ор),величина которого тем больше, чем больше6,Таким образом, увеличение глубины упрочненного слоя 6, одновременно приводит15 как к положительному, так и к отрицательному эффекту. Очевидно, что существуетнекоторая глубина 6, при которой фиксируемый в испытаниях предел выносливости образца максимален.Как видно из схемы (фиг. 3) диаграммыпредельных амплитуд рабочих напряжений,величина предельной амплитуды оа, приодинаковых остаточных растягивающих напряжениях о т. е. при одинаковых Яь и 6больше у того материала детали, у которого25 при данном значении о сопротивление разрыву 5 ь больше.Способ осуществляется следующим образом.Из материала детали изготавливаютстандартный образец для испытания на расЗО стояние. Проводят испытание в соответствиис ГОСТом, При испытании определяют предельную равномерную деформацию вр, истинный предел прочности 5 ь, истинное сопротивление разрыву 5 ь,Определяют необходимую (для максиЗ 5 мального увеличения долговечности) глубину пластически деформированного слоя извыражения0,375 5 ь6.=0 ь(0,5 - + )40где 0 ь - диаметр обрабатываемой детали.По известным формулам для найденногозначения глубины слоя 6, вычисляют требуемые значения профильного радиуса ролика г и усилия обкатывания Р:45г=9 --- р(- -- " ) ехр( - ), (2) 0+06 о, а НД Оь 0 р Х ерНЯ 4351400862 Рдг 0 лНДЬ,в Ой,х Тп 500 в где Ро - условная критическая нагрузка,при которой в центре контакта шарик,1 диаметром 10 мм с плоскостью зарождается пластическая деформация. 10Обкатку производят при рассчитанных значениях г и Р, что обеспечивает соответствие глубины й, ее оптимальной величине, определяемой из выражения (1), а пластической деформации поверхностного слоя - величине предельной равномерной деформации данного материала.Пример. Изготовляют несколько серий образцов диаметром Оь= 1 О мм из стали марки 45 с пластической твердостью ИД 2500 МПа и пределом текучести о, =500 МПа. Предварительно из этой стали изготовляют стандартный образец с номинальным диаметром 100 мм для испытания на растяжение. По результатам испытания образца на растяжения определяют в соответствии с ГОСТом величины: предельной рав номерной деформации в =0,1, истинный предел прочности 5 ь=800 МПа, истинное сопротивление разрыву 5=1260 МПа.По формуле (1) определяют необходимое значение глубины пластически деформированного слоя осо- из 5 ---0,375 5 ьЯк+0,55 ьа пластическио слоя деталир обрабатываый предел прдетали;ое сопротивлала детали. Уг=йь(0 - глубин ванногдеформироемой детали чности мате ие разрыву площадки на глубину деформированного слоя; йл =Оь(0,5 -=0,75 мм.0,375 5 ьПо формулам (2) и (3) вычисляют значения профильного радиуса г и нагрузки Р на ролик, требуемые для получения оптимальной глубины пластически деформированного слоя 6,=0,75 мм и интенсивности пластической деформации в этом слое равной ер -- 0,1. Получают г=1,75 мм, Р= =705 Н.Образцы одной серии подвергают обкатке роликами при г=1,75 мм и Р=705 Н, получив глубину упрочненного слоя, равную оптимальной 6=0,75 мм. При этом интенсивность пластической деформации в слое равна предельной равномерной, т. е.вр -- 0,1.Образцы остальных серий, изготовленные из того же материала, обкатывают, задавая глубины наклепанного слоя Ьотличные от оптимальной Ь=0,75 мм. При этом параметры г и Р также вычисляют по формулам (2) и (3) для задаваемого значения Й, и интенсивности пластической деформации слоя, равной оп=0,1. Диаметр ролика, измеренный в плоскости сечения детали, во всех случаях одинаков и равен удвоенному диаметру детали, т. е, Ор -- 20 мм.Образцы всех серий после обкатки роликами испытывают на знакопеременный изгиб 4на машине и определяют число циклов Х до разрушения образца, т. е. долговечность образца.Результаты испытаний на знакопеременный изгиб образцов из стали 45 диаметром Оь=10 мм, НД=2500, от=500 МПа, 5 ь= =800 МПа, 5=1260 МПа, е=0,1, упрочненных на различную глубину й приведены в табл. 1.Значения й, задают следующим образом:по предлагаемому способу й=й, =0,75 мм, по известному 6=0,65; 0,9; 1,05 мм, по базовому объекту й,=0,1; Я=0,05 Оь= =0,5 мм.Как видно из табл. 1, наибольшее числоциклов М до разрушения, т. е. наибольшие долговечность и усталостную прочность, имеют образцы, упрочненные на глубину й,=й, , =0,75 мм (серия 3 образцов), определенную по предлагаемому способу.Отклонение 6, от 6, в любую сторону приводит к снижению М, т. е. к снижению долговечности и усталостной прочности образца, несмотря на то, что интенсивность пластической деформации слоя во всех случаях равна предельной равномерной е =0,1.В табл. 2 приведены результаты приращения долговечности (числа циклов до разрушения) образцов по предлагаемому сп бу по сравнению с базовым объектом и вестным способом.Как видно из табл. 2, предлагаемый способ упрочнения деталей позволяет повысить их долговечность по сравнению с базовым объектом на 566,7 Я и с известным на (25 -244 8)оРезультаты экспериментальной проверкисвидетельствуют о том, что предлагаемый способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием позволяет существенно повысить эффективность упрочнения путем значительного увеличения долговечности (усталостной прочности) детали.Формула изобретенияСпособ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием по авт.св. Мо 856772, отличающийся тем, что, с целью повышения усталостной прочности обработанных деталей путем обеспечения 45 упрочнения на оптимальную глубину, передобкаткой дополнительно измеряют истинный предел прочности и истинное сопротивление разрыву материала детали при растяжении, а глубину пластически деформированного слоя определяют из выражения501400862 Таблица 1 Нагрузка на Результатыусталостныхиспытаний Профильный раДейорГлуби -на Ь 6,мм Серияобразмацияб= Я роликР, Н диус роликаг, мм цов РабоЧислоциклов чее до раз- рушения напряжение при испытании,МПа 1(базовыйобъект) 300 375 1,510 0,1 0,77 540 375 2,9 10 1,25 0,65 0,1 705 1 э 75 0,75 0,1 1050 375 8 10 2,43 0,1 0,9 5(известный) 1400 375 7 106 3,21 1,05 0,1 Примечание,Таблица 2 Глубина Йг Серияобразцов исло циклов о разрушения упроч- ненног слоя мм 1 (базо -выйобъект) И, = 1,5 10 0,5 базовым объектомЬ: -- 1007.=566 71 з %и, = ф 2 (из - вестный ) 3 (пред -лагаемый)4(из 0,75 И = 10.10 2 (из -вестный)3 (пред -лагаемый)4(известный) Число циклов до разрушения образцов, не подвергнутых6 обкатке роликами, И=0,15 10 циклов,Приращение долговечности Ь, 7., полученное при упрочнении по предлагаемому способу посравнению с 0,65 И = 2,9 10 известным а = в в . - 1007.=6 И -ИгИа- 244,81400862 ба ба,с ба,сСоставитель С. ЧукаеваРедактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор М.Максимишинец Заказ 2527/17 Тираж 678 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно. полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4