Способ торможения роста несквозных усталостных трещин в изделии

 

Изобретение относится к деформационной обработке изделий и может быть использовано для восстановления деталей авиационной техники. Цель изобретения - увеличение срока службы изделия. Сущность изобретения заключается в том, что в способе торможения роста усталостных трещин в деталях, включающем сверление отверстий в вершинах трещины с обеих сторон выхода на переднюю поверхность детали несквозной трещины, дополнительное сверление отверстий по обе стороны от плоскости трещины симметрично по отношению друг к другу и на одинаковом расстоянии от отверстий в вершинах трещин, динамическое взаимное перемещение берегов усталостных трещин, плавное прекращение динамических нагружений, установку в отверстия крепежных элементов, их попарное стягивание в плоскостях проходящих одновременно через отверстия в вершинах трещин, и отверстия, расположенные в срединной части трещин, с последующей затяжкой крепежных элементов. Перед установкой крепежного элемента проводят выглаживание поверхности отверстий при вершинах трещин, осуществляют поверхностное пластическое деформирование в отверстиях, кромках и по поверхности детали с обеих сторон в плоскости роста трещин и перед ее вершинами в зоне продолжения плоскости трещины, устанавливают в отверстия при вершинах трещины по две полувтулки, ориентируют плоскостью их раздела перпендикулярно плоскости трещины, устанавливают крепежный элемент в отверстия, образованные полувтулками, с радиальным натягом в плоскости трещины, а попарное стягивание крепежных элементов со стороны задней поверхности детали проводят в двух взаимно параллельных плоскостях, проходящих через отверстия при вершине трещины и ближайшее отверстие к срединной части трещины, а также в плоскости, проходящей через оставшиеся свободными отверстия в срединной части трещины. Перечисленные операции позволяют создать равномерное поле остаточных сжимающих напряжений, что увеличивает период задержки зарождения усталостной трещины. 1 табл. 3 ил.

Изобретение относится к деформационной обработке изделий и может быть использовано для восстановления деталей авиационной техники. Цель изобретения - увеличение срока службы изделия. На фиг. 1 представлена схема расположения отверстий в детали со стороны передней поверхности; на фиг. 2 - расположение полувтулок в отверстии при вершине трещины; на фиг. 3 - расположение крепежных и стяжных элементов с задней стороны детали. На фиг. 1-3 даны следующие обозначения: 1 - деталь (изделие), 2 - усталостная трещина, 3 и 4 - отверстия со стороны передней поверхности изделия в вершинах трещины, 5 и 6 - отверстия в средней части трещины; 7-10 - полувтулки, 11-14 - крепежные элементы, 15 и 16 - отверстия, 17-20 - крепежные элементы, 21 - тяги. Берут деталь 1 с усталостной трещиной 2 и в ее вершинах со стороны передней поверхности проводят сверление отверстий 3 и 4. Дополнительно с передней поверхности детали 1 проводят свеpление отверстий 5 и 6 симметрично по отношению к плоскости трещины 2 и на одинаковом расстоянии от отверстий 3 и 4, расположенных в вершинах трещины 2. Осуществляют динамические взаимные перемещения берегов усталостной трещины 1 в плоскости трещины 1 с помощью вибратора и тяг, которые располагают в отверстиях 5 и 6. Плавно прекращают динамическое нагружение, после чего защищают кромки отверстий 3 и 4, а стенки и фаски отверстий 3 и 4 упрочняют раскатыванием и дробеструйной обработкой. Первое дробеструйное упрочнение осуществляют диаметром 1,0 мм при скорости 20 м/с, повторное - дробью диаметром 0,5 мм при скорости 40 м/с. После этого проводят операции в указанной выше последовательности по упрочнению поверхности детали 1 с обеих сторон в плоскости роста трещины 2 и перед ее вершинами в зоне продолжения плоскости трещины 2 в пределах расстояния, равного полудлине трещины 2, и устанавливают в отверстия 3 и 4 при вершинах трещины по две полувтулки 7, 8, 9 и 10 и ориентируют плоскостью их раздела перпендикулярно плоскости трещины, устанавливают крепежные элементы 11, 12, 13 и 14 в отверстия 15 и 16, образованные полувтулками, с радиальным натягом в плоскости трещины 2, затем устанавливают в отверстия 5 и 6 крепежные элементы 17, 18, 19 и 20. Со стороны передней поверхности детали 1 осуществляют попарное стягивание крепежных элементов 11, 12, 13, 14, 17, 18, 19 и 20 с помощью тяг 21 и гаек 22 в плоскостях, проходящих одновременно через отверстия в вершинах трещины 3 и 4 и отверстия 5 и 6, расположенные в средней части трещины 2 симметрично относительно ее плоскости. Со стороны задней поверхности детали 1 попарное стягивание крепежных элементов проводят с помощью тяг 21 в двух взаимно параллельных плоскостях, проходящих через отверстие 3 или 4 при вершине трещины и ближайшее отверстие 5 или 6 в средней части трещины, а также в плоскости, проходящей через оставшиеся свободными отверстиями 5 и 6 в средней части трещины. Выглаживание поверхности, зачистка кромок отверстия и поверхностное пластическое деформирование позволяют создать равномерное поле остаточных сжимающих напряжений вдоль всей поверхности отверстия, что увеличивает период задержки зарождения усталостной трещины от отверстий при вершинах трещины. Установка полувтулок плоскостью их раздела перпендикулярно плоскости трещины позволяет создать в плоскости трещины при запрессовке крепежного элемента равномерное поле сжимающих усилий в плоскости трещины по толщине детали и увеличить эффект контактного взаимодействия берегов усталостной трещины в результате потери пластической устойчивости и формирования продуктов фреттинга. Изменение схемы стягивания крепежными элементами материала между отверстиями позволяет изменить поле напряжений в направлении распространения усталостной трещины, что существенно влияет на уменьшение скорости распространения усталостной трещины, а следовательно, увеличивает период ее задержки до сквозного прорастания. В качестве конструктивного элемента используют части обшивки планера из сплава алюминия Д16Т толщиной 2 мм с приклепанным стрингером из сплава АКВ с толщиной стенки 10 мм. В процессе испытаний выращивают усталостную трещину по поверхности Стрингера шириной 16-20 мм и глубиной около 6 мм. После выполнения всех операций по прототипу и предлагаемому способам осуществляют нагружение конструктивных элементов на трех уровнях циклической нагрузки с тензометрированием зон предполагаемого роста трещины. При реализации способов расположение стягивающих элементов осуществляют под одинаковым углом около 120^о друг к другу. Результаты эксперимента приведены в таблице. Приведенные данные свидетельствуют о большой эффективности предлагаемого способа по сравнению с прототипом, причем с уменьшением уровня номинального напряжения эта эффективность возрастает. Следует также подчеркнуть, что предлагаемый способ может быть реализован тогда, когда доступ к поверхности в средней части трещины затруднен или вовсе не позволяет выполнить только одну пару отверстий и осуществить одновременное стягивание с обоими крепежными элементами, расположенными в вершинах усталостной трещины. Указанная ситуация, например, реализуется на практике, когда трещина прорастает от степени лонжерона в полку. Тогда сквозная трещина переходит в несквозную и из-за наличия стенки лонжерона реализовать способ торможения трещины по прототипу не представляется возможным, а по предлагаемому способу с обеих сторон трещины и с обеих сторон стенки лонжерона выполняют отверстия в средней части трещины и реализуют его для торможения несквозной усталостной трещины. (56) Авторское свидетельство СССР N 1165552, кл. B 23 P 6/00, 1984. Авторское свидетельство СССР N 1331075, кл. C 21 D 1/04, 1985.

Формула изобретения

СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ РОСТА НЕСКВОЗНЫХ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН В ИЗДЕЛИИ, включающий взаимное перемещение краев трещины с помощью циклической нагрузки с плавно уменьшающейся амплитудой и прикладываемой в средней части трещины, пластическую деформацию поверхности изделия с обеих сторон выхода трещины на поверхность в ее вершинах, сверление отверстий в изделии в вершинах трещины в пределах деформированной зоны и в средней части трещины с обеих сторон симметрично относительно плоскости ее выхода на поверхность, установку в отверстия крепежных элементов и их попарное стягивание по направлениям, проходящим соответственно через отверстия в вершинах трещины и ее средней части на передней поверхности изделия, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы изделия, перед установкой крепежных элементов дополнительно сверлят отверстия в средней части трещины, устанавливают в отверстия при вершинах трещины со стороны задней поверхности по две полувтулки, ориентируют плоскостью их раздела перпендикулярно трещине, а попарное стягивание крепежных элементов проводят в параллельных направлениях, проходящих соответственно через отверстия при вершинах трещины и отверстия в средней части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4