Устройство для измерения интенсивности дробенаклепа поверхности металлоизделий

Полезная модель относится к устройствам для измерения интенсивности дробенаклепа поверхности металлоизделий.
Известно устройство в виде стальной колодки с прикрепленной к ней четырьмя винтами пластинки Альмена. Устройство совместно с деталями подвергается обработке дробью в рабочей камере дробеагрегата и на поверхности одной стороны пластинки создаются сжимающие напряжения. После освобождения пластинки от колодки эти напряжения вызывают изгиб пластинки и по величине ее прогиба судят об интенсивности дробенаклепа поверхности детали (см. Саверин М.М. Дробеструйный наклеп. - М.: Машгиз, 1955 - с. 28).
Недостатком данного устройства является невозможность оценки интенсивности наклепа поверхности длинномерных деталей и деталей сложной геометрической формы в зонах (местах) вблизи конструктивных концентраторов напряжений.
Известно устройство для крепления пластинки при контроле интенсивности дробеметного наклепа при обработке пружин, выполненное в виде стального призматического блока с плоской поверхностью, на которую плотно устанавливается пластинка и прикрепляется с помощью четырех винтов (см. Навроцкий Г.А., Белков Е.Г. Навивка пружин на автоматах. М.: Машиностроение, 1978. с.48-49). Однако данное устройство не позволяет оценить интенсивность дробенаклепа по всей поверхности изделия сложной геометрической формы, где одновременно присутствуют конструктивные и технологические концентраторы напряжений и которые располагаются в различных местах детали.
Известно устройство для крепления четырьмя винтами контрольной пластинки, которое используют для измерения интенсивности дробенаклепа пружин. Устройство снабжено решеткой, установленной на жестком основании с лицевой стороны пластинки, а с противоположной стороны предусмотрены ребра жесткости (см. Патент РФ №2210486, МПК B24C 7/00 (2000.01), опубл. 20.08.2003). Устройство помещается в рабочую камеру дробеагрегата в непосредственной близости от упрочняемых деталей (пружины и рессоры) с последующим контролем эффективности дробенаклепа изделий по замерам стрелы прогиба контрольной пластины, освобожденной от приспособления (см. РД 32.49-95 Руководящий документ. Инструкция по дробенаклепу пружин и листовых рессор при изготовлении и ремонте рессорного подвешивания подвижного состава. - М.: ВНИТИ Мин-ва путей сообщения (МПС) РФ, 1995. - с.9).
Недостатком указанного устройства является его ограниченность в применении, а именно, только для оценки интенсивности наклепа деталей простой формы (пружин и рессор), на поверхности которых отсутствуют концентраторы напряжений в виде галтелей и уклонов. Такие недостатки не обеспечивают объективность за уровнем наклепа длинномерных деталей сложной геометрической формы и имеющих различные виды концентраторов напряжений. Кроме того, известные устройства не учитывают особенности оборудования, используемого для дробенаклепа: схема расположения деталей, их перемещение или вращение, зоны пониженного контакта дроби с поверхностью детали и др.
Известно устройство моделирования оценки прочности дробеструйной обработки лопаток ротора компрессора, в котором на имитатор лопатки ротора закреплены пластинки Альмена (см. Патент CN №209707296, МПК G01N 3/56, опубл. 29.11.2019 г.).
Недостаток известного устройства состоит в том, что оно не позволяет контролировать истинную интенсивность наклёпа поверхностного слоя детали, так как пластинка установлена на её поверхности. Фактически проводится контроль интенсивности наклепа в зоне расположенной выше поверхности детали на величину толщины пластинки.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание устройства для измерения интенсивности дробенаклепа поверхности металлоизделий, которое обеспечит объективный контроль за уровнем наклепа длинномерных и сложных по форме деталей и имеющих различные конструктивные концентраторы напряжений.
Для достижения поставленной задачи предложено устройство для измерения интенсивности дробенаклепа поверхности металлоизделий, содержащее основу устройства с закрепленными на ней с помощью винтов пластинками Альмена, при этом основа устройства выполнена в виде детали, имеющей конструктивные и технологические концентраторы напряжений, в которой в наиболее нагруженных сечениях детали и в местах расположения концентраторов напряжений на величину толщины пластинок Альмена выполнены углубления, и упомянутые пластинки Альмена установлены в указанных углублениях детали.
Техническим результатом заявленной полезной модели является оценка интенсивности наклепа обрабатываемых деталей с учетом их конструктивных особенностей, размеров и передвижения под потоком (струей) дроби.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг.1 - устройство для измерения интенсивности дробенаклепа поверхности металлоизделий, схема расположения пластинок Альмена на поверхности балки передней оси;
фиг.2 - разрушение балки передней оси в районе бобышки;
фиг.3 - то же по тавровому сечению;
фиг.4 - то же вблизи конструктивного концентратора напряжений - радиуса перехода;
фиг.5 - размещение приспособления и деталей на подвеске;
фиг.6 - контрольная пластинка до наклепа (а) и после наклепа (б) дробью;
фиг.7 - расположение пластинок Альмена на балке передней оси и величина их прогиба после дробенаклепа поковок.
В качестве основы устройства для крепления пластинки при контроле интенсивности дробенаклепа используется балка передней оси грузового автомобиля «КАМАЗ» с установкой в специальных углублениях тринадцати пластинок Альмена с учетом разнообразия поверхности - на плоских участках, в зонах конструктивных концентраторов напряжений и других местах (фиг.1, где 1, 3, 5, 6, 8, 9, 10, 12 - показаны пластины, установленные с передней стороны детали; [2], [4], [7], [11], [13] - показаны пластины, установленные с обратной стороны детали). Углубления выполнены на величину толщины пластинки, что имитирует в реальности фактическое состояние поверхности детали при ее дробенаклепе. Крепление пластинок к основе устройства осуществляется винтами или болтами и с использованием прижимных шайб. Шайбы позволяют надежно фиксировать пластинки в подготовленных местах углубления и исключить их смещение в процессе обработки деталей и предлагаемого устройства в камере дробеагрегата. Кроме того, обеспечивается минимальный контакт шайбы с пластинкой, что исключает влияние шайбы на свойства поверхности пластинки в процессе дробенаклёпа. Решение о размещении пластинок Альмена в предлагаемом устройстве базируется на результатах исследования балок передней оси вышедших из строя в процессе эксплуатации, а также на данных по напряженному состоянию детали в конструкции автомобиля. Характерными примерами выхода из строя деталей в эксплуатации следует назвать разрушение по бобышке (фиг.2), тавровому сечению (фиг.3) и в местах расположения конструктивных концентраторов напряжений или вблизи их (фиг.4). Полученные сведения послужили обоснованием для установки тринадцати пластинок Альмена в специально выполненных углублениях на детали.
Основной задачей в машиностроении была и остается задача повышения качества, увеличение грузоподъемности и создание автомобилей, отвечающих требованиям мирового уровня. Для обеспечения высокой надежности и конкурентоспособности продукции автопроизводителей несомненно аналогичный подход необходим для каждой отдельно взятой детали механизма. Особое место в конструкции грузового автомобиля отводится деталям с одновременным присутствием механически обработанных и необработанных поверхностей. Таковыми в автомобиле являются балки передней оси, шатуны, рессоры, пружины, стремянки и другие детали. К каждой детали, с целью повышения ее физико-механических свойств, необходим индивидуальный подход. Большой интерес представляет балка передней оси грузового автомобиля, которая изготавливается горячей объемной штамповкой, а на завершающем этапе технологического маршрута только отдельные участки подвергаются механической обработке (подрессорные площадки и отверстия под шкворни). Балка является одной из высоконагруженных деталей в конструкции передней оси грузового автомобиля. По данным специалистов научно- исследовательских организаций и ВУЗов, специализирующихся в области конструирования и расчета отдельных узлов автомобиля, эта деталь в эксплуатации испытывает различные виды нагрузок. В процессе прямолинейного движения балка работает на изгиб и кручение в горизонтальной и вертикальной плоскости. При заносе автомобиля балка испытывает изгиб в вертикальной плоскости. При динамическом нагружении балка работает на изгиб в вертикальной плоскости.
На необработанных поверхностях детали всегда присутствуют обезуглероженный слой и дефекты в виде зажимов, волосовин, которые наследуются как от используемого металлопроката, так и от технологий тепловой и деформационной обработки металла в машиностроительном производстве. Поверхностный слой детали в условиях эксплуатации подвергается наиболее сильному механическому, тепловому, магнитно-электрическому, световому и другим воздействиям. Потеря деталью своего служебного назначения и ее разрушение в большинстве случаев начинается с поверхностного слоя, например, возникновение и развитие усталостной трещины, коррозии, эрозии, износа и др.
Согласно ОСТ 37.001.671-2002 передняя ось должна выдержать 1 млн циклов нагружений без трещин и разрушений. Для достижения данного уровня свойств необходимо решение комплексной задачи, направленной на гарантированное качество очистки поковок балок передней оси от окалины, нейтрализацию поверхностных дефектов и обезуглероженного слоя, повышение твердости и создание сжимающих напряжений в поверхностном слое. Наиболее эффективными направлениями по достижению необходимых и заданных физико-механических свойств в поверхностном слое являются технологические методы и в первую очередь поверхностное упрочнение деталей в результате дробеобработки. Одной из разновидности дробеобработки является наклеп поверхности, в результате которого в поверхностном слое создаются напряжения сжатия, происходит нейтрализация поверхностных дефектов металлургического и технологического характера и создаются благоприятные свойства в районе конструктивных концентраторов напряжений. Вышеизложенная информация обосновывает выбор в качестве основы устройства балки передней оси грузового автомобиля.
Пример осуществления заявляемой полезной модели.
В специально подготовленные углубления в балке передней оси автомобиля «КАМАЗ» устанавливают и закрепляют четырьмя винтами или болтами с шайбами пластинки Альмена (фиг.1). Размер углубления соответствует толщине пластинки.
Материал пластинок - сталь 70ГС с твердостью 44-50 НRC. Размер пластинки - 76,2×19×1,3 мм. Подготовленное устройство с закрепленными пластинками размещают на подвеске вертикально совместно с серийными деталями (фиг.5) и далее их направляют в камеру дробеагрегата (в данном случае в камеру дробеагрегата «Berger»).
Подвеска с устройством с закрепленными пластинками и с деталями помещаются в камеру, вращаются и подвергаются обработке дробью. Скорость вращения подвески - 8 об/мин. Для дробенаклепа применяют литую стальную дробь в термообработанном состоянии размером 1,8÷2,2 мм с твердостью 365-545 HV используемую по ГОСТ 11964 - 81. Время обработки в камере агрегата составляет 30 минут. После дробеобработки подвеска с деталями и заявляемым устройством выходят из камеры агрегата, устройство снимается с подвески и далее извлекаются пластинки из углублений устройства. На пластинках выполняют замеры стрелы прогиба (фиг.6) с помощью штангенрейсмаса типа ШРЦ 250 - 0,01 с электронным цифровым отсчетным устройством.
По величине прогиба пластинок судят об эффективности дробенаклепа различных участков детали (фиг.7). При апробировании устройства в производственных условиях установлено, что наибольшая стрела прогиба приходится на пластинки с номерами 11 и 13, что свидетельствует о большей интенсивности наклепа в этих зонах, нежели в других местах детали. Минимальная величина прогиба наблюдается на пластинках с номерами 1 и 6, которые были расположены на устройстве в местах, приближенных к подвеске – местах труднодоступных для контакта с дробью (фиг.7). Полученные результаты позволяют выполнить модернизацию дробеагрегата: изменить положение турбины, отрегулировать угол атаки дроби к поверхности деталей, оснастить датчиками контроля фракционного состава и расхода дроби и т.д.
Технический результат достигается тем, что в качестве основы устройства для крепления пластинки используют непосредственно деталь, а установку пластинок проводят в углублениях, выполненных в наиболее ответственных по нагрузке участках (местах) детали и в местах расположения конструктивных концентраторов напряжений или вблизи них. Предлагаемое устройство в производственных условиях позволяет оценить эффективность поверхностного дробенаклепа длинномерных деталей, например, балки передней оси автомобиля, установить качество упрочнения поверхности в различных зонах изделия и выявить рациональность (правильность) наладки оборудования для дробеобработки.
Заявляемое техническое решение возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.