Способ повышения усталостной прочности деталей

 

Союз Советсинк

Социалистические респубпнн

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. с вид-ау (51)М. Кд. (22) Заявлено 30. 06. 80 (21) 2950464/25-27

1 с присоединением заявки,%

В 23 P 11/02

С 21 0 7/00

Гееуаерстеелиый кенитвт ьСьт. аа лелем изабретеннл н открытий (23)ПриоритетОпубликовано 15.06.82. Бюллетень М 22

Дата опубликования описания 17 . 06. 82 (53) УДК658. 515;

;621.833(088.8

Ю. Д. Харитонов, B. С. Гуревич и А. И. Рагрин -.. ! с (: Ростовский ордена Трудового Красного Знамены государственный университет

) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ

ДЕТАЛЕИ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к обработке металлов давлением, и может быть использовано для деталей с выступами, нагруженными пульсирующей нагрузкой, например зубчатых колес, звездочек, консольных

f опор и т.д.

Известен способ повышения усталостной прочности деталей за счет снижения растягивающих напряжений во внешнем слое детали. Он заключается в том, <о что под действием внешних сил в опасных зонах детали вызывают напряжения растяжения, и в этом напряженном состоянии раздают внешние слои с -неэна15 чительными растягивающими напряжениями, возникающими в процессе работы путем изменения формы, в частности за счет остаточной нераэрушающей деформации.

В данном способе поверхностный слой в области опасного сечения детали со стороны действия рабочей нагрузки подвергается растяжению и при упрочнении ,детали и при ее эксплуатации. Недостатком способа является низкая выносливость при изгибе деталей, имеющих хрупкий поверхностный слой, например цементованный. Это связано с тем, что при растяжении хрупкого твердого слоя в процессе пластического деформирования в нем образуются микротре- . щины, которые являются причиной разрушения детали в процессе эксплуатации Г I j.

Целью изобретения является повышение выносливости при изгибе деталей с выступами и с хрупким поверхностным слоем типа цементированных зубчатых колес, работающих под пульсирующей нагрузкой.

Поставленная цель достигается за счет того, что согласно способу повышения усталостной прочности деталей с выступами, работающими под пульсирующей нагрузкой путем приложения деформации растяжения к детали в зоне наибольшей концентрации напряжений, возникающих при эксплуатации, в

3 935И8 ф

ФО

30 теле выступа в зоне концентрации напряжений выполняют полость, а усилие деформации растяжения прикладывают . изнутри к поверхности полости.

Полость выполняют в виде сквозного цилиндрического отверстия.

Деформацию растяжения осуществляют путем запрессовки стержня в сквозное цилиндрическое отверстие в теле выступа.

На стенки полости воздействуют усилием пластической деформации растяжения.

На фиг. 1 изображена деталь с выступом и выполненной в нем полостью; на фиг. 2 - схема изохром модели выступа при нагружении внутренней поверхности полости распределенным усилием, т.е. равномерным растягивающим усилием.

В детали 1 к выступу 2 приложена рабочая пульсирующая нагрузка P. Под действием рабочей нагрузки P сторона

Основания выступа в опасной зоне ОЬ растягивается, а сторона CB сжимается. Между опасными зонами ц Ь и c d располагается область опасного dbcd сечения. В области опасного сечения в теле выступа выполнена полость 3.

Полость смещена от середины выступа в сторону основания выступа cd, которое сжимается при работе. На внутреннюю поверхность полости .действуют усилием деформации растяжения равномерно по всей поверхности, т.е. распределенное усилие с, создающее в ней растягивающие напряжения и вызывающее деформацию детали. Распределенное усилие с, создает во внешнем

:слое основания выступа в опасной зоне db сжимающие напряжения, которые во время работы детали суммируются с растягивающими напряжениями от действия рабочей нагрузки. Более ясная картина показана на модели выступа .(фиг. 2 ), выполненная иэ оптически чувствительного материала на основе эпоксидной смолы ЭД"6; K внутренней стороне цилиндрической полости, выполненной в теле выступа, приложено распределительное усилие от деформации растяжения действия стального . стержня, помещенного в полость с натягом. При просвечивании модели на поляриэационной установке ППУ- 7 получена представленная на фиг. 2 картина изохрома.

Внешний слой основания в опасной зоне бЬ сжимается от действия распре35

40 ф5

55 деленного усилия в полости с, а в зоне ed ðàñòÿãèBàåòñÿ.

Распределенное усилие, создающее растягивающие напряжения на внутренней поверхности полости, вызывает в опасной зоне выступа сжимающие напряжения на стороне, которая растягивается под действием рабочей нагрузки, и растягивающие напряжения - на противоположной стороне. Вследствие этого уменьшаются растягивающие напряжения во внешнем слое опасной эо" ны выступов в процессе работы и повышается выносливость при изгибе.

Оптимальное распределение величины, места приложения и направления действия усилия назначают в зависимости от конфигурации выступа, действующей рабочей нагрузки и. условий эксплуатации.

Наиболее технологично распределен;,ное усилие (деформация растяжения ) прикладывать к полости в теле выступа, выполненнои в виде сквозного цилиндрического отверстия, и создавать его упругим телом, помещаемым в полость с натягом, например, стальным стержнем, шариками и т.д.

В том случае, когда силы прикладываются к полости сложной формы (например, при реверсивной нагрузке), целесообразно создавать равномерно распределенное усилие сжатием в полости жидкости, пластмассы, свинца и т.п.

Для получения максимального эффекта повышения выносливости при изгибе величину распределенного усилия назначают такой, чтобы оно осуществляло на внутренней поверхности пластическую деформацию. В этом случае тело, создающее распределенное усилие, по окончании процесса упрочнения может быть удалено из полости. Конкретная реализация способа проводится на зубчатом колесе с параметрами: модуль п1= 4: число зубьев 2 = 32, ширина зубчатого венца 20 мм, материалсталь 45. В области опасного сечения выступа, расположенной в основании зуба между галтелями, выполняется сквозная цилиндрическая поло ть диаметром 3,5 мм, центр которой располагается между серединой зуба и галтелью. Распределенное усилие в полости создается стальным закальным стержнем, помещаемым в полость по прессовой посадке. В результате испытаний установлено повьюиение нагру5 9352 зочной способности, приблизительно на 153.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что материал в опасной зоне выступа, которая растягивается в процессе работы, не подвергается действию пластической деформации.

Это позволяет применять данный способ для повышения нагрузочной способности деталей, имеющих хрупкий по- 1О верхностный слой, например, к цементованным зубчатым колесам.

Предлагаемый способ позволяет повышать выносливость при изгибе стержней. Экономический эффект достигается за счет повышения нагрузочной способности деталей до 153.

Формула и эобретения 1. Способ повышения усталостной прочности деталей с выступами частями ), работающими под пульсирующей нагрузкой путем приложения деформации рас- д тяжения к детали в зоне наибольшей концентрации рабочих напряжений, возщ кающих при эксплуатации, о т л и48 6 ч а ю- шийся тем, что, с целью

Повышения усталостной прочности при изгибе деталей с выступами и с хрупким поверхностным слоем типа цементированных зубчатых колес, в теле выступа в зоне концентрации напряжений выполняют полость, а усилие деформации растяжения прикладывают изнутри к поверхности полости, I

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что полость выполняют в виде сквозного цилиндрического отверстия.

3. Способ по пп. 1 и 2,. о т л и - ч а ю щ и Й с в тем, что деформацию растяжения осуществляют путем запрессовки стержня в сквозное цилиндрическое отверстие в теле выступа.

4. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что на стенки полости воздействуют усилием пластической деформации растяжения, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Ст. Германии 636520, кл. 49 3 9/00, 1936 (прототип).

935248

Фию.2

Составитель И. Басова

Рецактоо Н..Горват Техреду " Пекарь Корректор Е. Рошко

Заказ 4115/17 Тираж 1153 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)ОЯ Москва Ж"Я Раушская наб. д. 4/g

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