Способ упрочнения отверстий взрывом
Исследование: повышение эксплуатационных свойств болтовых отверстий в рельсах. Сущность изобретения: в упрочняемом отверстии размещают заряд взрывчатого вещества, который выполняют составным из элементов с поперечным сечением в виде кольцевого сектора. Элементы устанавливают равномерно по окружности и на равном расстоянии по оси отверстия. Каждый элемент располагают в зоне повышения вероятности возникновения трещин. Инициирование заряда осуществляют одновременно с двух его торцов. Для этого используют детонирующий шнур в форме спирали. Спираль устанавливают соосно отверстию в контакте с внутренней поверхностью заряда по всей длине. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к способам обработки металла импульсным давлением, в частности к способам упрочнения отверстий взрывом. Известен способ упрочнения отверстий в рельсах с помощью пуансона, имеющего рабочий диаметр, на 0,5 мм превышающий диаметр просверленного отверстия. Пуансон продавливают сквозь отверстие на стационарном прессе с рабочим усилием 100 250 Кп в зависимости от типа рельса и исходной прочности рельсового материала. После обработки пуансоном на поверхности отверстия образуется слой глубиной 4 мм, что увеличивает долговечность рельса до образования трещин у болтовых отверстий в 3 5 раза по сравнению с вариантом без упрочнения. Недостатком способа является: во-первых, недостаточная эффективность из-за малой степени повышения долговечности рельсов, во-вторых, низкая производительность способа за счет обязательной предварительной механической обработки отверстия перед упрочнением для обеспечения равномерного эффекта упрочнения по глубине отверстия во избежание износа поверхности пуансона в виде задира, в-третьих, ограниченная область применения, так как используется только в заводских условиях из-за большой массы и габаритов оборудования. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ упрочнения цилиндрических деталей, заключающийся в том, что обрабатываемую деталь устанавливают коаксиально внутри трубчатого заряда BB с радиальным воздушным зазором между ними. При инициировании заряда BB образуется высокотемпературная кумулятивная газовая струя, которая воздействует на обрабатываемую деталь совместно с высоким импульсным давлением, приводит к значительному упрочнению обрабатываемой поверхности детали. Наиболее существенным недостатком этого способа является: невозможность создания напряженного состояния в отдельных зонах поверхности обрабатываемой детали; создание однонаправленной деформации, которая приводит к образованию краевых наплывов металла и микротрещин, снижающих прочностные характеристики изделия. Целью способа является повышение качества при упрочнения отверстий под болтовые соединения в рельсах за счет увеличения сопротивления хрупким и усталостным разрушениям. Это достигается тем, что в способе упрочнения отверстий взрывом, заключающемся в размещении в отверстии с зазором относительно упрочняемой поверхности заряда взрывчатого вещества и последующем его инициировании, заряд взрывчатого вещества выполняют составным в виде идентичных элементов с поперечным сечением в виде кольцевого сектора, которые устанавливают на равном удалении от оси упрочняемого отверстия и равномерно по окружности в спектральных зонах повышенной вероятности возникновения трещин от болтового соединения. Инициирования заряда BB осуществляют одновременно с двух его торцов посредством детонирующего шнура в форме спирали и примыкающим один к другому витками, которую располагают соосно упрочняемому отверстию в контакте с внутренней поверхностью заряда по всей его длине. На фиг. 1 представлена схема установки заряда BB; на фиг. 2 схема установки ДШ относительно заряда BB. На чертеже даны следующие обозначения: 1 шейка рельса, 2 - обрабатываемая поверхность болтового отверстия, 3 заряд BB в виде сегментов, 4 зазор, 5 детонирующий шнур (ДШ), 6 детектор. Способ осуществляется следующим образом. Предварительно определяют параметры взрывного упрочнения металла, для чего выбирают тип взрывчатого вещества. С учетом типа BB расчетным путем устанавливают его высоту и зазор 4, который необходимо выдержать между обрабатываемой поверхностью 2 и зарядом BB 3. Первоначально обрабатывают поверхность болтового отверстия очищают от грязи, ржавчины и прочих загрязнений. Затем в отверстии с зазором относительно обрабатываемой поверхности располагают заряд BB, который выполняют в виде идентичных элементов с поперечным сечением в виде кольцевого сектора. Кольцевые сектора устанавливают на равном удалении от оси упрочняемого отверстия и равномерно по окружности в секторных зонах повышенной вероятности возникновения трещин от болтового соединения (см. фиг. 1). Величина кольцевого сектора должна быть такой, чтобы в случае возможного смещения его относительно оси действия максимальных напряжений гарантировано обеспечивалось взрывное упрочнение мест действия максимальных разрушающих напряжений. Инициирование заряда BB осуществляют от ДШ. Исследованиями установлено, что наиболее опасными с точки зрения образования усталостных трещин от болтовых отверстий в рельсах являются его кромки. В случае одностороннего инициирования у противоположных кромок образуется краевой сплыв металла в виде кругового заусенца, что усиливает концентрацию напряжений на этом участке и снижает сопротивление усталости, поэтому инициирование BB осуществляют одновременно с двух его торцов. В связи с этим после установки заряда BB производят монтаж детонирующего шнура 5. Для этого отрезок ДШ делят на две равные части и от средней части в две стороны сгибают в виде спирали с примыкающими один к другому витками. Затем витки ДШ связывают между собой и вводят в отверстие, где располагают соосно упрочняемому отверстию в контакте с внутренней поверхностью заряда по всей длине. Равные концы ДШ также связывают между собой и производят подключение детонатора 6, посредством которого осуществляется подрыв взрывчатых материалов. Таким образом, расположение зарядов BB в виде кольцевого сектора позволяет выполнить упрочнение тех мест, где отмечено действие максимальных разрушений по контуру отверстия, а также навести поля благоприятных остаточных напряжений в упрочняемых участках, повысив тем самым эксплуатационную стойкость рельсов против образования хрупких и усталостных разрушений в зоне болтовых отверстий. Пример. Способ применяют для обработки болтовых отверстий в рельсах, изготовленных из высокоуглеродистой стали, подвергнутой как объемной закалке, так и нетермоупрочненной. Наиболее предпочтительно использование способа на рельсах, уложенных в путь, однако возможно его применение и в заводских условиях. BB применяют в виде порошков или пластин (гексоген нефлегматизированный, сейсмопласт и т.д.). Поверхность отверстия, подлежащая обработке, очищается от грязи, ржавчины и прочих загрязнений. В полость отверстия в виде кольцевого сектора устанавливают сейсмопласт толщиной 3,5 мм с зазором от обрабатываемой поверхности 1,5 мм и между собой 5 мм и закрепляют. Отмеряют отрезок ДШ, равный 0,8 м, делят его пополам и от середины сгибают в противоположные стороны в виде спирали с примыкающими один к другому витками. Количество витков ДШ должно соответствовать толщине шейки рельса. Затем витки ДШ связывают между собой и вводят в отверстие, где располагают соосно упрочняемому отверстию в контакте с внутренней поверхностью заряда по всей его длине. Свободные концы ДШ соединяют между собой и подключают к ним капсюль-детонатор. С целью повышения производительности возможно осуществлять одновременное инициирование заряда BB во всех шести болтовых отверстия стыка рельсовой нити одновременно. Использование способа по сравнению с прототипом обеспечивает упрочнение поверхности болтового отверстия, сопровождаемое повышением микротвердости в случае объемно закаленных рельсов до H0,2 6200 МПа при исходной микротвердости 
4100 МПа и в случае нетермоупрочненных рельсов до H0,2 5000 МПа при Ho0,2 3600 МПа. Глубина упрочненного слоя в случае объемно закаленных рельсов составляет в среднем 15 мм, в случае нетермоупрочненных рельсов 10 мм. В результате упрочнения долговечность рельсов за счет снижения усталостных разрушений по болтовым отверстиям увеличивается в 10 раз для объемно закаленных рельсов и в 8 раз для нетермоупрочненных рельсов по сравнению с вариантом сверления отверстий без упрочнения.
Формула изобретения
1. Способ упрочнения отверстий взрывом, заключающийся в размещении в отверстии с зазором относительно упрочняемой поверхности заряда взрывчатого вещества и последующем его инициировании, отличающийся тем, что, с целью повышения качества при упрочнении отверстий под болтовые соединения в рельсах за счет увеличения сопротивления хрупким и усталостным разрушением, заряд взрывчатого вещества выполняют составным в виде идентичных элементов с поперечным сечением в виде кольцевого сектора, которые устанавливают на равном удалении от оси упрочняемого отверстия и равномерно по окружности в секторных зонах повышенной вероятности возникновения трещин от болтового соединения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инициирование заряда взрывчатого вещества осуществляют одновременно с двух его торцов. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что инициирование заряда взрывчатого вещества осуществляют посредством детонирующего шнура формы спирали с примыкающими один к другому витками, которую располагают соосно упрочняемому отверстию в контакте с внутренней поверхностью заряда по всей его длине.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
