Спосіб зміцнення довгомірної деталі з сталевого або алюмінієвого сплаву

Реферат: Спосіб зміцнення довгомірної деталі з сталевого або алюмінієвого сплаву, при якому впливають дробом, за допомогою стиснутого повітря, на поверхню, що зміцнюється, оброблюваної деталі. Щонайменше одну поверхню деталі, яка призначена для зміцнення, переміщають під відповідним потоком дробу з дробоструменевої головки і при цьому постійно або періодично вимірюють її твердість технічним засобом і порівнюють отримане значення твердості в системному блоці управління з потрібної твердістю. Результат порівняння виводиться на показуючий пристрій. При невідповідності отриманої твердості з необхідною, по сигналу від системного блока управління проводять коригування параметрів впливу дробу через блок управління дробоструменевою головкою відповідно до закладеної в ньому програми з подальшим коректуванням режимів при подальшій обробці деталі або, після вимірювання твердості і порівняння результату з необхідним (при меншій твердості), ця ділянка повертається для додаткової обробки дробом з коректуванням параметрів відповідно до закладеної в ньому програми з подальшим коректуванням режимів при подальшій обробці деталі. UA 90196 U (12) UA 90196 U UA 90196 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до обробки металів тиском і може бути використана для зміцнення довгомірних деталей із сталевих або алюмінієвих сплавів методом наклепу як суднобудуванні так і в літакобудуванні. Прогрес техніки в значній мірі залежить від підвищення фізико-механічних властивостей конструкційних матеріалів і технології їх обробки. Найбільш ефективним є зміцнення поверхневим пластичним деформуванням (ППД) - тобто наклепом. Як відомо наклеп - це зміцнення металів і сплавів внаслідок зміни їх структури і фазового складу в процесі пластичної деформації. Наклеп використовується для поверхневого зміцнення різних деталей із сталевих та алюмінієвих сплавів. Він призводить до виникнення в їх поверхневому шарі сприятливої системи залишкових напружень, вплив яких головним чином і визначає високий зміцнюючої ефект ППД, що виражається в підвищенні втомної міцності і ресурсу виробу. Для отримання зміцненого наклепом поверхневого шару, а в цілому і підвищення втомної міцності деталь піддають обробці різними видами ППД, наприклад дробоструйною обробкою [1]. Відомий спосіб зміцнення деталі, при якому проводять її обробку в три етапи - дробом металевим, скляним та алюмінієвим [2]. Недоліками способу є неможливість отримання гарантованого якісного зміцнення поверхні матеріалу, а також його надзвичайно низька продуктивність через вплив фактора ручної обробки. Задачею корисної моделі є створення способу зміцнення довгомірної деталі з сталевого або алюмінієвого сплаву шляхом автоматизації процесу зміцнення відповідних поверхонь, що забезпечує високу якість процесу зміцнення і високу втомну міцність зміцненої деталі. Поставлена задача вирішується в способі зміцнення довгомірної деталі з сталевого або алюмінієвою сплаву, при якому впливають дробом за допомогою стиснутого повітря на поверхню, що зміцнюється, відповідно до корисної моделі, щонайменше одну поверхню деталі, яка призначена для зміцнення, переміщають під відповідним потоком дробу з дробоструменевої головки і при цьому постійно або періодично вимірюють її твердість технічним засобом і порівнюють отримане значення твердості в системному блоці управління з потрібною твердістю, результат порівняння виводиться на показуючий пристрій, при невідповідності отриманої твердості з необхідною, по сигналу від системного блока управління проводять коригування параметрів впливу дробу через блок управління дробоструменевою головкою відповідно до закладеної в ньому програми з подальшим коректуванням режимів при подальшій обробці деталі або, після вимірювання твердості і порівняння результату з необхідним (при меншій твердості), ця ділянка повертається для додаткової обробки дробом зкоректувати параметри відповідно до закладеної в ньому програми з подальшим коректуванням режимів при подальшій обробці деталі. Параметри стисненого повітря і геометрії металевого дробу вибирають, виходячи із забезпечення дробу кінетичної енергії в межах від 0,02 до 1,0 Дж. Поверхню деталі, яка призначена для зміцнення, переміщають під відповідним потоком дробу з дробоструменевої головки з швидкістю від 0,02*10-3 до 0,5*10-3 м/с. Твердість зміцненої поверхні деталі (по Бринеллю) лежить в межах від 180 НВ до 360 НВ. На оброблювану поверхню впливають дробом діаметром від 0,3 до 3,0 мм. Суть заявленого процесу формоутворення полягає в тому, що щонайменше одна поверхня деталі з сталевого або алюмінієвого сплаву, а це може бути деталі виготовлені з профілів таврового, двотаврового, кутового та ін. перерізів обробляється потоком швидколеткого дробу. При цьому на оброблюваній поверхні відбувається її наклеп. В результаті холодного пластичного деформування сплав зміцнюється і змінюються його фізико-механічні властивості. Наклепаний сплав запасає 5-10 % енергії, витраченої на деформування. Запасена енергія витрачається на отримання дефектів решітки (наприклад щільність дислокацій зростає до 1091012 см - 2) і на пружні спотворення решітки. Властивості наклепаного сплаву змінюються тим сильніше, чим більше ступінь деформації. При деформуванні збільшуються характеристики міцності і знижуються пластичність і в'язкість. Максимальній втомній довговічності відповідає певний рівень поверхневої твердості і залишкових напружень, причому максимум цих властивостей досягається в певному діапазоні значень інтенсивності зміцнення. Шляхом наклепу твердість і опір у часі матеріалу (межа міцності) вдається підвищити в 1,5-3 рази, а межу плинності - в 3-7 разів при максимально можливих деформаціях. Зміцнені довгомірні деталі з сталевого сплаву широко використовуються в силовому наборі корпусів кораблів в суднобудуванні, а зміцнені довгомірні деталі з алюмінієвого сплаву широко використовуються в літакобудуванні в силовому наборі фюзеляжу, крила, хвостового оперення літака. Так в процесі експлуатації конструкція літака працює в умовах одночасного впливу 1 UA 90196 U циклічних навантажень і вібрацій з різними поєднаннями амплітуд і частот, що негативно позначається на довговічності їх деталей та вузлів. Режими та умови дробоструменевого зміцнення довгомірної деталі з сталевого або алюмінієвого сплаву наведені в таблиці. 5 Таблиця Відстань від сопла дробоструменевої головки до оброблюваної поверхні, мм 100-250 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Кут між вектором закінчення дробу з дробоструменевої головки і оброблюваної поверхні, град 75-90 Тиск стисненого повітря, Па 5 5 3*10 -6*10 Діаметр дробу, Мм 0,3-3,0 Швидкість переміщення оброблюваної поверхні під відповідним потоком дробу з дробоструменевої головки, м/с -3 -3 0,02*10 -0,5*10 Корисна модель пояснюється ілюстративними матеріалами де: - на фігурі 1 зображена принципова схема системи пристроїв, яка реалізує заявлений спосіб і обробку однієї поверхні деталі (одномісний варіант виконання); - на фігурі 2 зображена принципова блок-схема функціонування системи пристроїв, яка реалізує заявлений спосіб; Заявлена система містить (фіг. 1 з одномісним варіантом) нерухомий ложемент 1, в якому встановлений довгомірну, наприклад з алюмінієвого сплаву, деталь 2, наприклад таврового перерізу, щонайменше одна з поверхонь якого призначена для зміцнення (для таврового перерізу максимальна кількість можливих для обробки поверхонь становить 7). Можливе використання профілів з декількома поверхнями, що зміцнюються. До одного з торців деталі 2 приєднаний привід її переміщення 3, що забезпечує швидкість переміщення оброблюваної поверхні під відповідним потоком дробу з дробоструменевої головки в межах від 0,02*10-3 до 0,5*10-3, м/с. Над поверхнею деталі, що зміцнюється, встановлена дробоструменева головка (ДГ) 4 і до неї підключений бункер з дробом (на фіг. 1 не показаний). Сопло ДГ розташоване таким чином, щоб одномоментно зміцнювати вузьку поперечну смугу оброблюваної поверхні, в межах 10-40 мм, деталі 2. На деякій відстані від сопла ДГ 4, також над поверхнею, що зміцнюється, розташований датчик контролю твердості (ДКТ) 5, наприклад безконтактний моделі "Зонд ВС- 4", або який-небудь контактний датчик вимірювання твердості по рухомій поверхні. Зона поверхні деталі 2, що піддається зміцненню (під ДГ 4) і зона поверхні вимірювання твердості (під ДКТ 5) розділена перегородкою 6. Ця перегородка призначена для ізолювання зони вимірювання твердості від потрапляння туди дробу. До ДГ 4 підведене стиснене повітря через блок її управління (НУ) 7, який виконаний з можливістю регулювання 5 5 цього тиску в межах від 3*10 Па до 6*10 Па, а також під'єднаний бункер, що живить його дробом (на фіг. 1 не показаний). Система має також системний блок управління (СБУ) 8, виконаного наприклад на базі існуючої мікропроцесорної техніки та реалізує розроблений алгоритм обробки деталі 2 (див. блок-схему на фіг. 2), до якого приєднаний показуючий пристрій (ПП) 9, наприклад комп'ютерний монітор або рідкокристалічний дисплей. Для управління процесом зміцнення до СБУ 8 в свою чергу підключені: привід переміщення 3 деталі 2; БУ 7 підведенням стисненого повітря до ДГ 4; ДКТ 5 через блок обчислення твердості 10. В СБУ 8 вводиться відповідне програмне забезпечення режимів роботи ДГ 4 і вводиться значення необхідної твердості тієї поверхні профілю, яка піддається зміцненню дробоструменевою обробкою, наприклад для алюмінієвого сплаву Д16Т це значення становить - 180 НВ (початкова твердість - 125 НВ). для сталі марки ст. 45-360 НВ (початкова твердість - 170 НВ), а також момент включення і виключення подачі, і величину тиску підведеного стисненого повітря до ДГ 5 4, наприклад 5*10 Па, необхідна швидкість переміщення деталі 2 в ложементі 1, наприклад -3 0,08*10 м/с. У разі, коли жорсткість оброблюваної поверхні недостатня і при цьому виключити її прогин, необхідно встановити опору, в районі обробки дробом (на фіг. 1 опора не показана). Автоматизована система пристроїв для зміцнення довгомірної деталі з сталевого або алюмінієвого сплаву працює таким чином (фіг. 1, фіг. 2). Спочатку вибирають тип ДГ 4, а це може бути як одномісна (для зміцнення однієї поверхні профілю) так і багатомісна (для зміцнення багатьох поверхонь, наприклад для тавра це до 7 поверхонь). Встановлюють ДКТП 5, кількість яких дорівнює кількості зміцнюючих поверхонь. У ложементі 1 розміщують профіль 2, призначений для обробки. На початку роботи системи СБУ 8 подає сигнал для установки ДГ 4 (за допомогою приводу 3) у початкову точку. Після подачі сигналу від СБУ 8 на включення приводу 3 і подачі стисненого повітря в ДГ 4 починається процес обробки поверхні профілю 2. 2 UA 90196 U 5 10 15 При цьому з дробоструменевої головки 4 за допомогою стиснутого повітря вилітає дріб, а сам профіль безперервно переміщується. Параметри стисненого повітря і геометрії металевої дробу вибирають, виходячи із забезпечення їй кінетичної енергії в межах від 0,02 до 1,0 Дж. Наприклад тиск стисненого повітря підводиться до ДГ 4 лежить в межах від 3*105 Па до 6*105 Па, діаметр дробу (сталевих кульок) лежить в межах від 0,3 мм до 3,0 мм. Після того як зміцнена ділянка поверхні переміститься від ДГ 4 під ДКТ 5, останній вимірює отриману твердість і передає інформацію в СБУ 8, де відбувається порівняння з необхідною твердістю. При зменшеній фактично твердості обробленої ділянки відбувається його повернення приводом 3 під обробку ДГ 4, з подальшим коректуванням параметрів вильоту дробу, або продовження процесу обробки і також з подальшим коректуванням параметрів вильоту дробу (забезпечується програмою в СБУ8). Таким чином, заявлена корисна модель дозволяє значно підвищити якість процесу зміцнення і забезпечує високу втомну міцність обробленої деталі. Джерела інформації:. 1. А.П. Гуляев "Металловедение". - М.: издательство "Металлургия", 1977. 2. RU 1266720 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 1. Спосіб зміцнення довгомірної деталі з сталевого або алюмінієвого сплаву, при якому впливають дробом, за допомогою стиснутого повітря, на поверхню оброблюваної деталі, що зміцнюється, який відрізняється тим, що щонайменше одну поверхню деталі, яка призначена для зміцнення, переміщають під відповідним потоком дробу з дробоструменевої головки і при цьому постійно або періодично вимірюють її твердість технічним засобом і порівнюють отримане значення твердості в системному блоці управління з потрібною твердістю, результат порівняння виводиться на показуючий пристрій, при невідповідності отриманої твердості з необхідною, по сигналу від системного блока управління проводять коригування параметрів впливу дробу через блок управління дробоструменевою головкою відповідно до закладеної в ньому програми з подальшим коректуванням режимів при подальшій обробці деталі або, після вимірювання твердості і порівняння результату з необхідним (при меншій твердості), ця ділянка повертається для додаткової обробки дробом з коректуванням параметрів відповідно до закладеної в ньому програми з подальшим коректуванням режимів при подальшій обробці деталі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється чим, що параметри стиснутого повітря і геометрії металевої дробу вибирають, виходячи із забезпечення дробу кінетичної енергії в межах від 0,02 до 1,0 Дж. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що поверхню деталі, яка призначена для зміцнення, переміщають під відповідним потоком дробу з дробоструменевої головки з швидкістю від -3 -3 0,02*10 до 0,5*10 м/с. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що забезпечена твердість зміцненої поверхні деталі (по Бринеллю) лежить в межах від 180 НВ до 360 НВ. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на оброблювану поверхню впливають дробом діаметром від 0,3 до 3,0 мм. 3 UA 90196 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4