Способ обработки металлических изделий
Изобретение относится к обработке стали вибрацией и может быть использовано в машиностроении и металлургии при изготовлении отливок и сварных конструкций. Цель изобретения - улучшение качества путем снижения уровня остаточных напряжений и стабилизации размеров изделия. Сущность изобретения заключается в том, что процесс виброобработки источник изгибных или крутильных нагружений перемещают вдоль главной оси изделия с конца в конец от одного до пяти раз. Причем вибратор перемещают со скоростью, обратнопропорциональной величине амплитуды колебаний изделия в месте нахождения вибратора. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
СОЮЗ СОЯЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН л)4 С 21 D 1/04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4385731/31-02 (22) 29,02 ° 88 (46) 23.08.89. Бюл. Ь 31 (7l) Институт проблем литья АН УССР (72) В.Г.Горенко и П.В.Русаков (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1301850, кл. С 21 D 1/04, 1987.
Авторское свидетельство СССР
М 1230715, кл. В 21 D 3/16, 1986. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к обработке стали вибрацией и может быть использовано в машиностроении и меИзобретение относится к области обработки стали вибрацией и может быть использовано в машиностроении и металлургии при изготовлении отливок и сварных конструкций.
Цель изобретения — улучшение качества путем снижения уровня остаточных напряжений и стабилизации размеров изделия, Сущность изобретения заключается в том, что при вибрации отливок или сварных конструкций при резонансных частотах их отдельных частей проводят одновременное нагружение изгибными или крутильными нагружениями и источник нагружения перемещают вдоль главной оси детали. Скорость перемещения этого источника напряжений определяется многими факторами, главными из которых являются конструктивные особенности детали и прежде все„80„„ I 502629 А 1 таллургии при изготовлении отливок и сварных конструкций, Пель изобретения — улучшение качества путем снижения уровня остаточных напряжений и стабилизации размеров изделия.
Сущность изобретения заключается в том, что в процессе виброобработки источник изгибных или крутильных нагружений перемещают вдоль главной оси изделия с конца в конец от одного до пяти раз, Причем вибратор перемещают со скоростью, обратно пропорциональной величине амплитуды колебаний изделия в месте нахождения вибратора, 2 з.п. ф-лы, 1 табл. го ее длина и жесткость, величина остаточных напряжений в различных сечениях, величина напряжений, возникающих при вибронагружении, способ нагружения изгибными и |и крутильными напряжениями. Если деталь малой длины и имеет большую жесткость, то напряжения, возникающие при вибронагружении, имеют небольшую величину, и поэтому прилагаемые изгибные или крутильные напряжения должны иметь большую величину, Необходимость перемещения источника иэгибных или крутильных колебаний вдоль главной оси детали вызвана тем, что при вибронагружении при резонансных частотах максимум на эпюре напряжений наблюдается в центральной части стенок отливок. Установка источника изгибных или крутильных колебаний в месте, близком к пересече3 1502629 нию стенок, и передвижение его вдоль главной оси обеспечивает увеличение уровня суммарных напряжений в частях стенок, близких к местам пересечения стенок. Для обеспечения снижения уров. ня остаточных напряжений в отливках или сварных конструкциях необходимо, чтобы источник изгибных или крутильных колебаний перемещался вдоль главной оси с постоянной или переменной скоростью, обеспечивающей прохождение всей длины детали с конца в конец от одного до пяти раз.
Оптимальное количество перемещений !5 источника изгибных или крутильных нагружений вдоль главной оси детали зависит от жесткости и длины детали.
Если деталь большой длины и малой жесткости то для снижения уровня ос — 20 таточных напряжений достаточно одно перемещение источника нагружения. В этом случае получается большая амплитуда вынуж,.енных колебаний и большая амплитуда в.,нужденных колебаний и 25 большая величина суммарных напряжений, под действием которых происходит снижение уровня остаточных напряжений.
1 30
Если деталь малой длины и повышенной жесткости, то получается небольшая амплитуда вынужденных колебаний и возникающие при комбинированном нагружении деталей суммарные напряжения 35 при однократном перемещении источника нагружений вдоль главной оси детали оказываются недостаточными для снижения общего уровня остаточных напряжений и стабилизации размерной 40 точности деталей. Для их обеспечения необходимо удлинить время обработки детали и увеличить количество перемещений источника нагружений. Оптимальное количество перемещений вдоль 45 главной оси детали от одного ее конца до другого должно находиться в пределах от одного до пяти. При использовании больше пяти перемещений значительно удлиняется время обработки и практически не снижается уровень остаточных напряжений. Это связано с тем, что благодаря снижению уровня остаточных напряжений суммарные напряжения не достигают уровня, обеспечивающего протекания релаксации напряжений. Кроме того, в этом случае заканчивается под действием достигаемьtx суммарных напряжений переползание и закрепление дислокаций и петель Франка-Рида.
Большое влияние на процесс снижения уровня остаточных напряжений и стабилизацию размерной и геометрической точности отливок оказывает скорость перемещения источника изгибных или крутильных напряжений вдоль главной оси детали. Это связано с тем, что на концах деталей величина амплитуды колебаний небольшая, и поэтому снижение остаточных напряжений до оптимального уровня проходит эа больший промежуток времени, чем необходимо при комбинированном нагружении в центральной части детали. Выравнивания степени релаксации остаточных напряжений по длине деталей проходят равномерно при увелнчении времени приложения изгибных или крутильных напряжений на концах деталей и увеличении скорости перемещения источника этих напряжений в центральной части детали. Определено, что скорость перемещения источника изгибных или крутильных колебаний вдоль главной оси детали обратно пропорциональна амплитуде вынужденных колебаний в месте нахождения движущегося источника нагружения.
Если увеличение скорости перемещения источника изгибных или крутильных напряжений больше скорости изменения амплитуды вынужденных колебаний от суммарных напряжений то скорость релаксации напряжений оказывается недостаточной для достижения оптимального уровня остаточных напряжений и стабилизации размерной точности деталей. Это связано с тем, что недостаточно полно протекают, при достигаемом уровне суммарных напряжений и времени их действия, процессы переползания и закрепления дислокаций. Если увеличение скорости. перемещения источника иэгибных или крутильных напряжений меныяе скорости изменения амплитуды вынужденных колебаний от суммарных напряжений, то не наблюдается увеличение скорости релаксации напряжений по сравнению с релаксацией напряжений при изменении скорости перемещения, обратно пропорциональной изменению амплитуды вынужденных колебаний от суммарных напряжений. Это объясняется тем, что наблюдается лри малой скорости
1502629
20
30
35 характеристика спо соба обработки
Режим обработки
Уровень максимальных растягивающих напряжений я отливках станин шлифовальных станков
Предел текучести чугуна, испольэуемого для иэгот
68-71 64- 7О 66-Ь9 65-7 О 68- 72 ЬЬ-7О 65-Ü9 64-ЬВ Ь7-71 68- О ЬЬ-Ь9 вления отливок станин, МПа
Реэонансная частота частей отли143 142 144 146 142 145 147 143 146 144 142 вок с максималь ным уровнем остаточных напряжений, Гц
Величина растягивающих напряжений, воэникающих в
66-67 65-68 64-67 65-68 64-66 65-67 64-66 65-67 64-65 65-67 64-66 этих частотах отливок при вибро— обработке, МПа
Величина растягивающих напряжений в этих ке частях
32-34 31-35 37-39 38-41 36-37 37-39 38-40 4О41 38-39 36-38 37-40 отливок при приложении иэгибаюперемещения источника нагружения знзчительное переползание дислокаций и закрепление их по границам зерен. Однако в этом случае значительно увеличивается время обработки деталей и нерационально затрачивается электроэнергия на перемещение источника изгибных или крутильных колебаний и на виброобработку деталей.
Пример, Сравнение действия предложенного способа вибрационной обработки отливок и известного способа проводили на отливках станин шлифовальных станков, изготовляемь1х из чугуна марки СЧ20, Размеры станин следующие: длина 3065, ширина 780 и высота 480 мм с двумя направляющими.
Основная толщина стенок 18 мм. Источники изгибных и крутильных колебаний монтировались и перемещались по направляющим станин.
Данные по режимам, используемым при обработке деталей по известному и предлагаемому способам приведены в таблице. В таблице режимы 1 и 2 относятся к известному способу, режимы 4-10 соответствуют по параметрам предлагаемому способу и режимы 3 и
ll отличаются от предлагаемого способа по некоторым параметрам.
Из данных таблицы видно, что по сравнению с известным предложенный способ вибрационной обработки отливок и сварных конструкций позволяет увеличить степень снижения уровня напряжений с 1,489-1,635 до 1,8502,380 раз, снизить коробление поверхности направляющих станин после шлифовки и вылеживания в течение
24 ч с 0,05-0,06 до 0,02-0, 03 мм при одновременном уменьшении времени комбинированной виброобработки с 30 до 18-25 мин. о р м у л а и з о б р е т е н и я
I. Способ обработки металлических иэделий, преимущественно длинномерных отливок и сварных конструкций, включающий воздействие нэгибными или крутильными колебаниями на резонансных частотах изделия с помощьювибратора, о тли ч ающий с я тем, что, с целью улучшения качества путем снижения уровня остаточных напряжений и стабилизации размеров изделия, вибратор в процессе обработки многократно перемещают вдоль главной оси изделия от одного конца изделия до другого и обратно.
2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что вибратор перемещают в количестве 1-5 раэ, 3. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что перемещение вибратора осуществляют со скоростью, обратно пропорциональной амплитуде колебаний иэделия в месте нахождения вибратора.
1502629
Продолжение таблицы
Характеристика гпо соба обработки
Рехим обработки
I l ) Л Г"
2 Э щих нагруэок, ИЛа
Величина растягивающнх напрякений в этих ве частях
38-44 39-43 40-44 38-4) 26-28 24-27 30-32 31-35 34-36 32-34 30-33 ных нли крутильных колебаний s единицах, обратно пропорциональных величинам амплнтуд выиуаценных колебаний
3п 30 28
IS 20 21 20 22
24 25
Составитель А.Кулемин
Редактор В.Данко Техред МяДидык
Корректор И.Муска
Заказ 5046/35 Тира18 530 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент". г.У7кгород, ул. Гагарина,101 отливок прн прнловенни крутнльных нагруэок, пПа
Иэмеиенне скорости перемещения источника иэгибдетали от напрякений
Время комбинированной обработки отливок, мин
Количество перемещений источника иэгибньо ипи крутильных н,l грукеиий с конца в конец отливки, раэ
Сннаение уровня максимальных растягивающих напрявений в отливках станин ап><фокяльпых станков:
Ива раз
Хоробление поверхности направлява1нх станин после щлиФовкн и яылевивания в течение
24 ч, мм
1,15 I 0 1,0 1 ° 0 1,0 1,0 1,0 0 8
081223Э4555
42 43 44 4Ь 38 39 ЭЬ Э7 35 37 33 36 32 35 31-24 30 32 28 30 39 40
1,635 1,489 1,459 1,8> 9 1,945 1,971 2,00 2,030 2,225 2,380 1,708
0,05 0,06 0,04 0,03 0,03 0,03 0,02 0>02 0,02 0,02 0,04
