Способ определения деформации изделий

 

Союз Советсиик

Социалистических

Республни

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.04.79 (21) 2751367/22-02 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (sl)N. Кл.

С 21 3) 1/30

Гввудэрстааллыа KoMNTtt

С.CCP ев делам наебрвтенил и атарытил

Опубликовано07.06.81. Бюллетень ¹ 21 (53) УДК 789 (088.8) Дата опубликования описания 10.06.81 (72) Авторы . изобретения

Г. А. Адоян, Ю. С. Алдошин, A. М. Герчиков

О. Ю. Коцюбинский и Г. С. Хрупина

1

Ордена Трудового Красного Знамени экспери ентальний : станков (71) Заявитель

{ 54). СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ

ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам, применяемым для оценки величины деформации металлических изделий, возникающей от релаксации имеющихся в них остаточных напряжений.

Такая оценка требуется для решения вопроса.о необходимости проведения старения иэделия.

В настоящее время этрт вопрос решается ведущим конструктором и ведущим технологом машины или станка, которые

1О руководствуются при этом имеющимся у них опытом, а также. требованиями, предъявляемыми к деталям по точности (1).

Однако этот способ не имеет четких критериев и поэтому решение специалистов в значительной степени носит субъективный характер.

Наиболее близким по технической сущ- ав ности к изобретению является способ оценки деформации детали с помощью измерения ее коробления в течение длительного времени $2).

Способ заключается в определении деформации детали при ее изгибе или скручивании от релаксации остаточных напряжений с течением времени. Измерения неплоскостности, непрямолинейности, извернутости, несоосности и т. п. производят периодически через каждые 1015 дней вплоть до момента прекращения деформации детали, по полученным данным вычисляют остаточную деформацию. В зависимости от -величины полученной дефор-" мации принимают решение о необходимости назначения такой детали на старение или возможность исключения, этой технологической операции..Недостатками описанного способа является следующее.

1. Большая длительность наблюдения за опытными деталями, достигающая в ряде случаев 6-8 мес. приводит к исклю чению из производственной сферы гото вых металлических изделий и заморажяванию значительных оборотных средств.

Кроме того, длительное вылеживание де

3 83613

4 ь6 =ь 1 2 )(талей не позволяет произвоцить оценку цеформации всей номенклатуры цеталей, вследствие чего значительное количество их необосновано назначается на старение, что повышает себестоимость изделий.

2. Значительная трудоемкость способа

I иэ-эа провецения многократных метрологических измерений геометрии опытных цеталей.

1Ьль изобретения — ускорение оценки щ деформации цетали, снижение трудоемкости измерений и себестоимости изделий.

Цель достигается тем, что в способе

< опрецеления цеформации металлических изделий, преимущественно из серого чугуна, от релаксации остаточных напряжений цля обоснованного назначения их на старение, включающем измерения геометрических параметров изделия (непрямолинейности, неплоскостности, извернутости, не- що соосности и др.) при комнатной температуре и вычисление остаточной деформации, изделие нагревают до температуры 120Ф

10 С, выцерживают в течение 3-4 ч и. охлаждают цо первоначальной температу- д ры, причем поддерживают скорость нагрео ва и охлаждения равной не более 25 С/ч, после охлажцения измеряют те же геометрические параметры, а вычисление остаточной цеформации осуществляют сопостав- gp лением результатов с аналогичными данными, полученными до нагрева, затем расчетным путем опрецеляют искомую величину деформации по следующей зависимости: 35

tee < E) — определяемая цеформация изделия; Ь Я g - остаточная цеформация изделия, полученная после его нагрева и охлажцения; К - эмпирический переводной коэффициент, ускорение релаксации остаточных Г апряжений при повышенной температуре, цля станкостроительных деталей из серого чугуна переводной коэффициент принимают равным 2,8-4,6.

Принципиальным отличием предла гаемого способа от известного (прототипа) является то, что за счет нагрева интенсифицируют релаксацию напряжений в изделии и ускоряют тем самым процесс формоиэменения изделия. Полученную в результате нагрева изделия деформацию корректируют с помощью эмпирически вывеценного коэффициента.

Таким образом, прецлагаемый способ позволяет произвоцить оценку цеформации, измеряя геометрическую форму изделия

9 4 только дважды: до термообработки и йосле нее, затратив на весь процесс опрецеления деформации не более трех дней. При этом температуру нагрева изцелий можно выбрать на основе слецующих данных. Принципиально, чем. выше температура нагрева, тем больше величина деформации изделия и тем соответственно надежнее оценка деформации, так как возможная погрешность при ее измерениях не зависит от абсолютной величины цеформации, а определяется точностью измерительных приборов, квалификацией измерителей и т. и.

С пру гой стороны приме не нне излишне высоких температур нагрева нежелательно, так как удлиняется процесс нагрева, увеличивается расхоц энергии, на поверхности изцелий;может появляться окисная пленка, затрудняющая выполнение точных измерений и т. д.

Как показывает опыт, на практике возможная ошибка измерения составляет

3,0-,0 мкм, а деформация различных изделий при нормальной температуре в большинстве случаев лежит в пределах

5,0-15,0 мкм на 1 м длины.

Допустимая погрешность в оценке цеформации при нормальной температуре для решения практических задач может быть принята равной 10-15% or ее номинальной величины. Следовательно, для средней погрешности 12,5% абсолютная величина допустимой ошибки цолжна быть равна 0,125 (5,0-15,0) Ф 0,6-1,9 мкм.

Йля обеспечения этого условия деформация изделий цри нагреве должна быть больше деформации при.нормальной температуре примерно в 5,0-2 раза, так соотносятся фактические ошибки при измерениях и цопустимые ошибки при оценках.

Как видно из привеценной ниже таблицы (см. значения коэффициента К), такое соотношение достаточно удовлетворительно соб уодается при температуре нагрева 120 С.

В лаборатории чугуна и стабилизации отливок ЭНИМСа указанный эмпиричес» кий переводной коэффициент К применительно к чугунным станочным аеталям определяется с помощью измерения деформации специальных блоков образцов, изготовленных иэ серого чугуна на .базе известных образцов кольцевого типа, применяющихся обычно цля оценки релаксации напряжений.

В указанных блоках механическим путем создавали различный начальный уровень исходных напряжений Go в интер10

4,6

0,05-0,16вн

0,05-0,20

0,25-0,5 6 11

16,0

3,2

37,5

11,5

2,8

25,0

9,0 вале от 0,05 до 0,5 Гв и оценивали величину их деформации пря длительном вылеживании без нагрева и после кратковременного нагрева. Выбранный интервал напряжений охватывает практически весь возможный диапазон литейных остаточных напряжений, встречающийся в реаль« ных чугунных отливках.

Максимальное значение деформации блоков образцов с различным исходным уровнем напряжений, замеренное в течение длительного времени при комнатной температуре и после однократного нагреИэ сопоставления представленных данHAIK видно, что диапазон между максимальным и минимальным значением указанного коэффициента колеблется в сравнительно зз небольших пределах.

Сравнительно малые изменения переводного коэффициента в достаточно широком диапазоне исходных напряжений свидетельствуют о весьма слабой его. зависимости от уровня этих напряжений. Так как уровень напряжений и характер их распределения в отливках весьма разнообразны и определяются конструкцией деталей и технологией их изготовления, то узкий интервал значений переводного коэффициента позволяет с достаточной сте пенью точности использовать приведенные в таблице данные для расчета деформации практически любых деталей. ©

Предлагаемый способ испытывался при определении деформации на детали» верхнего стола высокоточного круглошлифовального станка модели ЗВ1 10. Столы с размерами 846х230х70 мм были отлиты из наиболее распространенного в станкостроении серого чугуна марки Сч-21-40.

Проверяемым геометрическим параметром была прямолинейность: направля1оД9 е ва при 120 + 10 С, с выдержкой в течение 3-4 ч, а,также значения переводного коэффициента К приведены в таблице. С целью исключения возможности возникновения значительных температурных напряжений и искажения в связи с этим результатом испытания скорость нагрева и охлаждения образцов составляла не более 25 С/ч.

Нижний предел скоростей нагрева и .

> охлаждения деталей не регламентируется и Определяется возможностями имеющегося печного оборудования.,щих стола в вертикальной плоскости, про верка которой осуществлялась с помощью б

j автоколлиматора АКТ-250 с ценой Itepe» ния 2"

Нагрев опытных столов производился i со скоростью 23оС/ч до 125 С с по следующей 4-х часовой выдержкой при этой температуре. Скорость охлаждения : о

-20 С/ч. В результате нагрева прямоли» нейность опытных столов .изменилась в среднем на 20,0 мкм (исходная непрямолинейность 3,0 мкм, после нагрева

23,0 мкм).

Принимая переводной коэффициент К равным 3,2 вычисляем искомую деформа цию:

ДД -" д, — «20 0 - 6,25 мкм ,1 j ак

Расчетное значение деформации сто» лов хорошо согяасуется с имеющимися

Опытными данными, полученными на та» ких же деталях при исследовании их де формации при комнатной температуре в течение длительного времени. В послед» нем случае деформация столов продолжалась около 3-х месяцев и составила эа все время наблюдений 6,00,8 мкм. Про.7 8361 цолжительность опрецеления деформациИ по предлагаемому способу составила

3 цня.

Предлагаемый способ пригоден также цля определения цеформации цеталей, изготовленных из малоуглероцистой стали, например, с помощью сварки. Однако в связи с особенностями, характерными цля условий формирования поля напряжений в стальных цеталях и сварных швах, перевоцной коэффициент ускорения релаксации остаточных напряжений при нагреве может отличаться от значений упомянутого коэффициента, полученного применительно к чугунным отливкам. 1S

Технические преимушества прецла гаемого способа позволяют получить экономию, ориентировочно оцениваемую следующим образом.

Снижение трудоемкости и ускорение 2о оценки цеформаций позволяет получить экономию на заработной плате..

Формула изобретения . 25

Способ определения цеформации изцелий, преимущественно из серого чугуна и малоуглероцистой стали, от релаксации остаточных напряжений, включающий иэ- ЗО мерения при комнатной температуре гео.метрических параметров изделий и вычисление остаточной цеформации, о т л и39 8 ч а ю шийся тем, что, с целью ускорения оценки цеформации изделия, снижения трудоемкости измерений и себестоимости изделий, изделие на гревают до температуры 120 1С С с выцержкой в течение 3-4 часов и охлаждают цо перво . начальной температуры, при этом поццерживают скорость нагрева и охлажцения, равной не более 25 С/час, после о охлажцения измеряют те же геометрические параметры и определяют искомую величину деформации по следующей зависимости гце < Е.t — определяемая деформация изделия; и Е - остаточная цеформация изделия, полученная после его нагрева и охлаждения; К вЂ” эмпирический переводной коэффициент ускорения релаксации оста- точных напряжений при повышенных температурах.

Источники информации, прйнятые во внимание при экспертизе

1. Инструкция по старению чугунных, стан очных деталей Н5 8-1 ЭНИМС. М., 1 964.

2. Коцюбинский О. К). Стабилизация размеров чугунных отливок.М., "Машиностроение, 1974, с.80, 143 (прототип).

Составитель А. йенисова

Редактор C. Титова Техрец А.Бабииец(Корректор Н. Швыцкая

За каз 283 6/1 2 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4