способ повышения долговечности изделий

Формула изобретения

1. Способ повышения долговечности изделий, при котором в процессе изготовления изделию придают способность противодействия эксплуатационным или заданным деформирующим воздействиям, отличающийся тем, что изделию придают способность дополнительного противодействия указанным воздействиям за счет изготовления по крайней мере в процессе механической обработки с предварительной деформацией, направленной встречно эксплуатационным деформирующим воздействиям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе обработки создают в изделии напряжения путем приложения нагрузки, больше эксплуатационной на величину где m - коэффициент потерь энергии.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что предварительную деформацию выполняют равной эксплуатационной или заданной.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что предварительную деформацию придают изделию поэтапно при нескольких операциях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изготовлению и/или обработке изделий из металлов или сплавов (далее материалов).

Известен способ повышения долговечности изделий, при котором в процессе изготовления придают способность противодействия эксплуатационным деформирующим воздействиям.

Недостаток указанного способа состоит в том, что созданные изделия находятся в неэксплуатационном состоянии, т.е. они не имеют предварительных внутренних напряжений, а следовательно не деформированы. Это приводит во время работы, т.е. во время приложения нагрузки, к их деформации и, как следствие, к уменьшению, по ряду причин, коэффициента полезного действия (КПД) и долговечности устройства, в котором они установлены.

Технической задачей изобретения является повышение долговечности.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе повышения долговечности изделий, при котором в процессе изготовления изделию придают способность противодействия эксплуатационным деформирующим воздействиям, изделию придают способность дополнительного противодействия указанным воздействиям за счет изготовления, по крайней мере в процессе механической обработки, с предварительной деформацией, направленной встречно эксплуатационным или заданным деформирующим воздействиям.

В процессе обработки создают в изделии напряжения путем приложения нагрузки больше эксплуатационной на величину где m коэффициент потерь энергии, предварительную деформацию выполняют равной эксплуатационной или заданной.

Предварительную деформацию придают изделию при одной или поэтапно при нескольких операциях.

На фиг.1 изображено устройство, изготовленное по способу-прототипу в нерабочем состоянии (нагрузка равна нулю, ось не деформирована, зазоры в подшипниках постоянные); на фиг.2 устройство в рабочем состоянии (нагрузка равна эксплуатационной, ось деформирована, зазоры в подшипниках переменные); на фиг. 3 устройство, изготовленное по данному заявленному способу в нерабочем состоянии (нагрузка равна нулю, ось деформирована за счет изготовления, зазоры в подшипниках переменные); на фиг.4 устройство в рабочем состоянии (нагрузка равна эксплуатационной, ось не деформирована, зазоры в подшипниках постоянные).

Подшипники выполнены, например, из баббита. Для наглядности зазоры и деформации показаны на чертежах в увеличенном виде.

По предлагаемому способу недостаток прототипа, видимый на фиг.2, устраняется за счет того, что на этапах конструирования, изготовления, обработки и других операций создают изделие (устройство), которое предварительно до эксплуатации полностью или частично находится в рабочем или заданном деформированном состоянии (фиг.3).

Такую деформацию придают изделиям на любом из указанных этапов, т.е. при изготовлении (D_изг.), обработке (D_обр.) и других операциях (D_др.оп), путем приложения силовой и/или не силовой нагрузки малой или средней величины, например механической, термической и прочих. Это разовая поэтапная деформация. Целесообразно осуществление суммарной полной или частичной деформации большой величины, например SD=D_изг.+D_обр.+D_др.оп. или D=D_изг.+D_обр. при которой благодаря последовательному поэтапному дроблению прикладываемой нагрузки даже большой величины, можно получить оптимальные прочностные показатели материалов для конкретных изделий. Например, в процессе термомеханической обработки, обработки давлением и других операциях. Указанные деформации осуществляют до величины и направления, при которых под воздействием эксплуатационных и/или других заданных нагрузок они полностью или частично выравнивают свою форму (фиг. 4), например, до состояния, при котором

Такое обнуление достигается при равенстве, соответственно, обратных предварительных деформаций и прямых эксплуатационных (D_э.) или заданных (D_з.).

В зависимости от эксплуатационных требований к изделиям, возможен любой вид деформаций в качестве основного, например упругий, пластичный либо их комбинация.

Для достижения оптимальной, частичной или заданной долговечности, величина поэтапной или суммарной деформации должна полностью или частично имитировать D_э. или D_з. и противоположно им направлена. При осуществлении этого условия выполняется также требование ограничительной части формулы, что важно, так как контроль величины деформаций не представляет затруднений по сравнению с контролем величины напряжений.

Таким образом, изделия, созданные по предлагаемому комплексному способу в нерабочем состоянии будут деформированы, а в рабочем состоянии полностью или частично раздеформированы.

В этом случае изделия будут работать в режиме, близком к оптимальному, что существенно повысит их долговечность.

Пример. Устройство (фиг.1), включающее неподвижную ось с установленными на концах колесами и подшипниками скольжения.

Ось из стали 40Х при изготовлении изогнута (пластическая деформация) в поперечном направлении, противоположном эксплуатационному, на величину D_изг.==0,67 мм.

В процессе термомеханической обработки без отпуска после закалки в масле, ось подвергалась дополнительной упругой деформации в том же направлении, путем приложения механической нагрузки, величина которой определялась по формуле:



где R₃=10000 Н, 0,34.

При этом D_обр.==0,31 мм, а D==0,98.

В процессе эксплуатации ось выравнивалась до нуля и ее долговечность при циклической нагрузке R_э с частотой 5 Гц возросла до 10-12 раз, в подшипниках выравнивались зазоры и их долговечность возросла до 7 раз по сравнению с аналогичным устройством без предварительной деформации, т.е. D 0.