Способ обработки резьбовых деталей

(50 С 22 Р 1/00 С 21 0 7/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРСНОМУ С(71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А.Н.Туполева(56) 1. Иванова В.С., Гордиенко Л.К. Новые пути повышения прочности металлов. М., "Наука", 1964, с. 118,2. Авторское свидетельство СССР У 411140, кл, С 21 П 7/04, 1972.(54)(57) 1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий нагрев и по.верхностное упрочнение резьбовой части, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения сопротивления1ползучести, поверхностное упрочнение резьбовой части осуществляют путем нагружения резьбовой детали до величины (0,8-09)6с одновременнымтналожением вибрационной нагрузки.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что нагрев резьбовых деталей из титановых сплавов провоо дят до температуры на 100-200 С,выше рабочей температуры деталей.3. Способ по пп. 1 и 2, .о т л ич а ю щ и й с явают вибрационну80-140 Гц и амплвеличины предварезьбовой детал ОПИСАНИЕ тем, что накладыю нагрузку частотрй итудой 0,06-0,07 о ительного,нагружен7 б 1 11014Изобретение относится к машино" строению, преимущественно аиационному, и может быть использовано при обработке резьбовых соединений для повышения их сопротивляемости ползучести.Известен способ упрочнения металлов и сплавов, включающий деформацию металлического изделия с последующей термической обработкой 1 .ОНедостатком способа является то, что при обработке резьбовых соединений с целью повышения их сопротивляемости ползучести, он может быть применен эффективно, лишь для упрочне 15 ния гладкой части соединения и не позволяет получать столь же эффективное упрочнение собственно резьбовой пары, представляющей собой конструкцию (гайка, стержень болта на длине 20 свинчивания, сопряженная. резьба), с различным напряженным состоянием и временем релаксации всех элементов, так как в такой конструкции упрочнение связано с выравниванием нагрузки по виткам резьбы и созданием в основании витков остаточных микропластических деформаций обратного знака, что должно привести после обработки к уменьшению шага резьбы болта (или увеличению шага резьбы гайки) и, сле довательно, к рагруэке первых рабочих витков при установке упрочненного соединения в рабочее положение под нагрузкой.35 Целью изобретения является повышение сопротивления ползучести.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему нагрев и поверхностное упрочнение резьбовойчасти, поверхностное упроч кение резьбовой части осуществляют путем нагружения реэьбовой детали до величины (0,8-0,9) бо, с одновременным наложением вибрационной нагрузки. Наиболее близкиМ по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является способ обработки изделий, включающий термическую обработку изделий, например,крепежных резьбовых, поверхНостныйнаклеп резьбовой части, одно- илимногократное растяжение гладкой части, равномерное по длине и сечению,45со степенью деформации 4-603. Растяжение изделий производится при комнатной температуре, если они предназначены для работы при температуренизе 673 К, и при рабочей температуре, если изделия предназначены для50. работы при температуре выше 613 К,но ниже температуры рекристаллизации. Этим достигается повышение релаксационной стойкости крепежныхрезьбовых изделий при стабилизации 55их механических свойств 12,Однако известный способ обработки.не может быть применен для повышения сопротивляемости ползучести крепежных резьбовых изделий, полученныххолодной высадкой с накатанной резьбой и термически упрочненных (например, из титановых сплавов, широкоприменяемых в авиационной и другихотраслях промышленности), когда впроцессе изготовления детали получают значительное деформационное, поверхностное и термическое упрочнение и рекомендуемая степень деформации гладкой части является для нихразрушающей, а поверхностный наклепреэьбовой части излишним. Известныйспособ трудоемок: он включает триоперации, осуществляемые отдельно,а для упрочнения резьбовой частинеобходимо специальное приспособление.Одновременное проведение операцийрастяжения гладкой части и поверхностного наклепа резьбовой частипри рабочей температуре (выше 673 К).сопряжено с большими техническимитрудностями,Кроме того,. детали, предназначенные для работы при температуре ниже 673 К, должны растягиваться состепенью деформации 4-60 при комнатной температуре. Осуществить растяжение с такой степенью деформации возможно не для каждого материала. Так,например, титановый сплав ВТ 16 послесерийной термообработки имеет относительное удлинение при разрыве 3= 4-67, а если учесть, что резьбовыедетали из титановых сплавов, упрочняемые предлагаемым способом, получаютметодом холодной высадки с накатыванием резьбы, в результате чего детали,являются уже деформационно упрочненными с высокой степенью насыщения,что еще более понижает их деформационную способность, то становятсяпонятнжи трудности осуществлениястоль больших деформаций, которыенужно проводить в дополнение к имеющимсяз 11014Нагрев резьбовых деталей из титановых сплавов проводят до температуры на 100-200 С вьпре рабочей темпеоратуры детали.Накладывают вибрационную нагрузку с частотой 80-140 Гц и амплитудой 0,06-0,07 от величины предварительно. го нагружения резьбовой детали.Повьвение сопротивляемости ползу- чести резьбового соединения достига" О ется за счет наложения вибрационных нагрузок, ускоряющих процесс выравнивания нагрузки по виткам резьбы и приводящих в результате многократных догружений и.разгрузок в условиях ассиметричного цикла к накоплению в основании витков остаточных микроплас тических деформаций обратного знака, что ведет к уменьшению шага резьбы болта (или увеличению шага резьбы рО гайки) после разгрузки соединения.Эффект повышения сопротивляемости ползучести достигается также за счет деформационного упрочнения, когда превалирующими являются макропласти ческие деформации, а за счет микро- пластических деформаций при ползучес- . тй, что является более предпочтитель-, ным для резьбовых соединений, работающих при повышенных температурах, с ЗО точки зрения устойчивости эффекта уппрочнеиия. Это хорошо согласуется с теорией дислокаций. 70 4Кроме того, обработка гладкой и . реэьбовой частей осуществляется одно временно, без применения каких-либо дополнительных средств.Предлагаемым способом проводили обработку резьбовых соединений типа 40 болт-гайки с резьбой И 8 из титановых сплавов ВТ 16 и ВТЗ.Образец изготавливался по серийной технОлогии изготовления болтов.иэ ти"тановых сплавов. Резьба получена на. - 5 катыванием. До накатывания резьбырабочая поверхность образца упрочнялась деформацией по технологии изготовления титановых болтов холодной высадкой. Гайка - стандартная, изготавливалась так же как и термообра-. ботка,деталей соединения, по серийной технологии. Режимы обработки подбираются по кривым ползучести собственно реэьбовой пары, снимаемым в процессе упрочнения: наиболее выгодным режимом счи. тается тот, при котором вибрации за-; медляют процесс ползучести, по сравнению с испытанием без вибраций, в наибольшей степени.Замер деформации ползучести собственно резьбовой пары в соединениях с,резьбовыми деталями больших диаметров может быть осуществлен непосредственно, а с деталями небольших диаметров (например, М 8) - косвенным методом.Для определения ползучести и вибро полэучести собственно резьбовой парыкосвенным методом испытывалисЬ образцы гладкие и с резьбовым участком. Гладкий образец имеет размеры гладкой части болта (,50 мм), у образца с резьбовым участком длина нарезки резьбы такая же, как резьбовая часть болта (20 мм), По кривым ползучести испытанных образцов и соединения путем вычитания, основанного на предположении -аддитивности деформации ползучести, определялась деформация ползучести собственно резьбовой пары: деформация ползучести свободного резьбового участка длиной 14 ии (не занятого под гай- кой) определялась по деформации ползучести резьбового участка длиной 20 мм пропорциональным делением также согласно свойству аддитивности деформации. Это позволяет находить суммарную ползучесть гладкой части и свободного резьбового участка, которая вычиталась из деформации ползучести соединения, давая в результате деформацию ползучести собственно резьбовой пары. Ниже приведен , пример определения режима обработки соединения с применением косвенного метода определения деформации полСзучести в собственно резьбовой паре.В табл. 1 приведены результаты расчета деформации ползучести собст-. венно резьбовой пары из сплава ВТ 16 ,. )ри температуре обработки 623 К и .статическом напряжении в стержне - резьбовой части 640 ИПа с вибрациями.1101470 Таблица 1 Деформация ползучести, мкм Исследуемый объект Обозначения и расчет При вибрациях, Без вибраций 0(15 32(18 раэец гладкий Образец с резьбовучастком 85(14) 0 Свободой резьбовоучасток 20 мм игл 255(13) 16) Ь Собственно РезьбоваЯ Ь 2 р н, = Ь Р -(Ь РпараЬ 28,4 установлены силовые и температурные границы режимов обработки реэь-. бовых соединений предлагаемым способом: статическое напряжение в резь- бовой части соединения (стержень по внутреннему диаметру резьбы) (0,8- 0,9)6 , частота вибраций, наклады 1ваемых на статическое напряжение, 80-140 Гц, амплитуда вибрационных 40 нагрузок составляет 0,06-0,07 от статического напряжения.Температура обработки на 100- 200 градусов выпе той, при которой будет работать упрочняемое соедине" 4 йие, что должно быть вс температуры рекристалли ния на ползучесть обраб указанному режиму резьб ний.показали, это эффект сопротивляемости ползуче ется при всех напряжени вплоть до условного предРежимы обработки резь нений И 8 из сплава ВТ 16 способом получением резу также свойства изделий, известньи способом, прив табл. 2,гда ниже ации, Испытатанных по вых соединег овышения сти наблюдах испытания, ела текучасти.бовых соедипредлагаеьым льтата, а обработанных едены в1 Э ф 3 Р Ж в ж о о фми. э о Ж 10 всЗйфн оноао аж оовк.О Ч ОО О О Ол л О О О1оЮ е Х Офаф РИ эфнЮ ф. йфл. Р1 л н 1 о ф 1 Рф(Ч о л - ао сч63 Р 3 х м х х х 3 х о Цо ф О о х о о о о о о щ в ц м м м ллФ Ф Эу лхоеЖв ьфэфхнэ ОхиО дф нк.эхохэ н и фх й ээ оха ЭВх- о о дн ово эх ов аф м ОЪ м 3 хм х о ою э о х в3 о л о Ф ф о л л о охд эхорео оафэ о е , :1 1 о н12 1101470 Составитель А. ЗемцовРедактор Н.Егорова Техред А.Ач Корректор И.Эрдейи Заказ 4726/15 Тираж 603 Подписное ВНИИПИ Государственного комитетаСССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППН "Патент", г,ужгррод, ул.Проектная, 4 Как видно иэ табл. 2 обработка резьбовых соединений предлагаемым способом (примеры 1-5) позволяет существенно повысить сопротивление ползучести реэьбового соединения по сравнению с известньм (примеры 11-13) Выход за пределы оптимальных режимов обработки по предлагаемому способу (примеры 6-10) не позволяет достичь положительного эффекта. Сопротивление полэучести резьбовых соединений при этом остается на уровне обработанных известным способом.Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в том, что поскольку он не связан с обязательным получением боль" шой степени деформации, как при способе обработки деформационным упрочнением, или накоплением пластической деформации критической величины, когда деформация протекает по всему обьему металлаодновременно, то он может применяться для обработки соединений, упрочненных в процессе их изготовления (детали резьбовых соединений, полученные холодной высадкой, с накатанной резьбой, например, из титановых сплавов), и для соединений с деталями иэ высокомодульных Л материалов, например, бериллий и егосплавы, имеющих склонность к охрупчиванию. Предлагаемый способ повышения сопротивляемости ползучести резь бовых соединений может быть использован при криогенных температурах,где многие материалы также проявляютсклонность к охрупчиванню.В связи с тем, что обработка по 1 О предлагаемому способу проводятся приупургих напряжениях в сечениях деталей соединения в условиях полэучести и время обработки мало (не болееодного часа), сильно уменьшается 15 повреждаемость деталей соединения.Метод определения режимов обработ,ки ло кривва 4 полэучести собственнорезьбовых пар, полученных испытаниемпри вибрациях и беэ них, когда вибра ции замедляют процесс полэучести внаибольшей степени, практически является безошибочным.Предлагаефей способ обработкиреэьбовых соединений позволит повысить прочность соединений и конструкций, где они применяются, а такжеобеспечить их надежную работу, неприменяя новых, более дорогостоящихматериалов для изготовления деталей30 соединений.