Способ управления внутренними напряжениями детали

 

(72) Автор изобретения

Я. Б. Гозман

Московский ордена Ленина, ордена Трудового

Знамени станкостроительный завод им. Серго (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ

ДЕТАЛИ

Изобретение относится к способам стабилизации внутренних напряжений в деталях, получаемых, например, метода ми литья или сварки.

Известен способ снятия внутренних н пряжений, который заключается в виброобработке детали на различных частотах, соответствующих резонансным частотам отдельных участков сложной детали (1). Факт достигнутой стабилизации напряжений в описываемом способе оцениie вают по уменьшению полосы частот, соответствующих каждому резонансному пику, возрастанию его величины и уменьшению моцности, потребляемой электродви гатет5 лем вибратора. Способ по своей технической сущности и достигаемому эффекту является наиболее близким к предлагаемому, однако имеет следующие недостатки. Резонансы деталей сложной конфигурации проявляются в виде различных форм изгибных или крутильных колебаний. Датчик-акселерометр может регистрировать только такие резонансные состояния. при

2 которых в месте его закрепления образовывается пучность колебаний. Резонансные формы колебаний, для которых место закрепления датчика совпадает с узлом, не поддаются регистрации, а виброобработка на этих участках не выполняется. Зф» фективное рассеяние колебательной энергии в материале обрабатываемой детали возможно не только при резонансах, но и в результате интерференции волн сжатия-растяжения, излученных вибратором и отраженных от различных зон детали. Причем, при виброобработке относительно небольших и жестких деталей, резонансные частоты которых выше, чем достигаемые с помощью электромеханического вибратора, интерференционные явления приобретают определяющую роль. Во многих случаях интерференционные колебания датчикомакселерометром не обнаруживаются, а виброобработка на этих частотах не прс. . изводится, что снижает качество стабилизации. Измерение величины рассеиваемой энергии посредством оценки тока электро3 870 двигателя сопряжено с большими ошибками, т.к. доля рассеиваемой в материале энергии мала по сравнению с потребляемой, а иа изменение последней воздействует ряц паразитных факторов: трение в цодшип5 никах, закрепление вибратора, смазка, износ, нагрев, запыленность и т.п. Из-оа больших ошибок, невозможно установить меру мошности привода, при которой следует прекратить виброобработку или мож!

9 ко ее не производить.

Отсутствие надежного контроля за результатами виброобработки и невозможность эталонирования мошности сравнением с рассеянием в деталях с наверняка I5 стабилиэированкой структурой является главным недостатком известного способа.

Белью изобретения является повышение качества и сокрашение времени виброобработки.

Эта цель достигается тем, что деталь о подвергают вибрации на частотах максимального рассеяния энергии в материалах детали, за период колебаний непрерывY но определяют средние значения центробеж15 ной силы эа период колебаний по диапазону частот, которые пропорциональны величине рассеяния, а результат воздействия вибраций на структуру материала оценивают по изменению вычисленной величины среднего или путем сравнения со средним значением, полученным в аналогичных деталях с эталонной структурой материала.

Бентробежную си,пу можно определить, измерив ее нормальные проекции.

Известно, что рассеяние энергии при 55 механических колебаниях определяет харакl тер структурного и напряженного состояний материала.

Если деформации отдельных частей детали являются идеально упругими, то рас о сеяния энергии при колебаниях не происходит и никакое воздействие на структуру при этих колебаниях невозможно. Рассеяние свидетельствует о возникновении упруго-пластических деформаций, при этом возможны изменения структурного и напряженного состояний. Чем больше вели« чина рассеяния энергии, тем при прочих равных условиях более неоднородные участки (или большие объемы материала с ке« однородностями } вовлекаются в процесс энакопеременных деформаций, тем больше вероятность эффективного воздействия колебаний на напряженное состояние материала. При различных частотах колебаний в 55 процессе взаимных деформаций вовлекают ся различные участки детали. Это происходиг из-оа изменения форм иэгибных и

453 ф крутильных колебаний распространения, отражения волн сжатия-растяжения, образовакия стоячих волн и т.д. Виброобработку целесообразно вести на таких частотах, при которых рассеяние в материале максимально, а по изменению расстояния в процессе колебаний судить о структурных изменениях. Причем, положительные изменения в материале могут сопровождаты-, ся как увеличением, так и уменьшейием рассеяния; последнее всегда свидетельствует о стабилизации структурного состояния. Для суждения о структурных изменениях при увеличении расстояния необходимо провести некоторые дополнительные исследования в области частот, близких к тем, на которых обнаружен эффект роста рассеяния.

Использование рассеяния в качестве критерия структурного состояния требует высокой точности измерения этого рассеяния и невозможности измерений от помех различного происхождения.

Если источником силового вибровозмушекия является вращающаяся с заданной частотой несбалансированная масса и то рассеяние в материале в силу закона сохранения энергии должно проявиться в мошности привода, а следовательно, и в момент тангенциальных сил сопротивления движению этой массы. Другими словамк, энергия, рассеиваемая в материале за оборот эксцентрика должна равняться работе А тангекциалькой составляющей силы P+>нли

2z с3 Ч (+,)

A = 1 gnat(j) (К =9„40, о где Ц) — фактический радиус-вектор центра несбалансированной массы с учетом колебания оси ее врашения, которая соединена с деталью, в функции угла поворота Y(j) — скорость в функции того же у глау — время;

- гангенциальное ускорение. оскольку работа тангенциальных сос1 / тавляющих инерционных сил на замкнутой траектории при постоянной угловой скорости равна нулю, то выполнение условия (1) возможно лишь при нарушении гармонического характера колебаний детали вместе с корпусом вибратора и образовании гистерезисных, разомкнутых за оборот траекторий движения дисбалаксной массы. Следствием соотношения (1) должно быть нарушение симметричного характер

5 изменения радиальной силы и ускорения эа оборот эксцентрика. При отсутствии потерь в материале радиальная (центробежная) сила и ускорение симметрично изменяют величину и знак, среднее их значение эа оборот равно нулю. Можно показать, что величина среднего за оборот значения радиальной составляющей инерционной силы пропорциональна работе тангенциальных сил, затрачиваемой на рассеяние в материале, т.е.

Ы

А Р cp = zc P. < > где P — среднее значение радиальной составляющей силы;

Р (Х)- текущее ее значение в функции

ll угла ;

p — эксцентриситет вращающейся массы. го

Средние значения (асимметрия) радиапьной силы ипи ускорения определяются только рассеянием, они не зависят от потерь на трение в подшипниках и других г5

453 6 симости от установленного эксцентриситета.

Во время плавного изменения скорости вращения привода 7 фиксируют частоты, при которых показания прибора 6 максимальны. На каждой из найденных частот деталь подвергают вибрации до тех пор, пока величина рассеиваемой за оборот энергии не снизится до допусти,, ого уровня. Величину допустимого. рассеяния определяют описанным способом на анапогичных деталях, структурное состояние которых может быть принято за эталонное.

В большинстве случаев вибростабипиэации напряжений преобразование сигналов датчиков можно упростить, вычисляя в устройстве 5 не среднее значение радиальной силы, а сумму модулей средних значений двух проекций этой силы за тот же период. Возникающая при подобном упрощении ошибка измерения энергии не влияет на качество виброобработки, если эталонное рассеяние определено таким же способом. причин, поэтому метод измерения рассеяния по среднему значению отличается высокой точностью.

На чертеже изображена структурная схема, поясняющая предлагаемый способ. З0

На детали 1, установленной на эластичных опорах 2, закрепляют вибратор 3.

Опоры 2 изолируют деталь от фундамента и обеспечивают минимальное рассеяние колебательной энергии в окружающее пространство, 35

На корпусе 1 вибратора размещают датчики 4 направленного действия дпя измерения двух проекций центробежной сипы (ипи ускорения). Эксцентрик приво40 дят во вращение с помощью электрического, пневматического ипи другого привода регулируемой частоты. Сигналы датчиков подают на входы вычислительного устройства 5, с помощью которого непрерывно в процессе вращения вычисляют величину

45 и направление центробежной силы, а на осяове этих данных среднее значение силы за период.

Шкала выходного прибора 6, измеряемого среднее, градуирована в энергетических

50 единицах, масштаб шкалы меняют в завиФормула изобретени я

Способ управления .внутренними напряжениями детали с помощью вибрации на разпичных частотах эксцентриковым вибратором в течение времени, контролируемого по изменению напряженного состояния материала детали, о т и и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью сокрашения времени и повышения качества виброобработки, определяют средние значения центробежной сипы за период колебаний по диапазону частот, вибрируют деталь на частотах с максимальными значениями этой величины до момента совпадения среднего значения центробежной силы эа период колебаний испытываемой детали с предваритепьно определенным средним значением центробежной сипы эа период копебаний

1талонной детали такой же конфигурации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3622404, кл. 148-12.9, 1972.

870453

Составитель А. Абросимов

Редактор Т. Морозова Техред А. Бабинец Корректор А. Ференц

Заказ 8678/5Э Тираж 621 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент, r. Ужгород, ул, Проектная, 4