[1]Полезная модель относится к устройствам для измерения интенсивности дробенаклепа поверхности металлоизделий.
[2]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).
[3]Недостатком данного устройства является невозможность оценки интенсивности наклепа поверхности длинномерных деталей и деталей сложной геометрической формы в зонах (местах) вблизи конструктивных концентраторов напряжений.
[4]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.
[5]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).
[6]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.
[7]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.).
[8]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.
[9]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.
[10]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.
[11]Техническим результатом заявленной полезной модели является оценка интенсивности наклепа обрабатываемых деталей с учетом их конструктивных особенностей, размеров и передвижения под потоком (струей) дроби.
[12]Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
[13]фиг.1 - устройство для измерения интенсивности дробенаклепа поверхности металлоизделий, схема расположения пластинок Альмена на поверхности балки передней оси;
[14]фиг.2 - разрушение балки передней оси в районе бобышки;
[15]фиг.3 - то же по тавровому сечению;
[16]фиг.4 - то же вблизи конструктивного концентратора напряжений - радиуса перехода;
[17]фиг.5 - размещение приспособления и деталей на подвеске;
[18]фиг.6 - контрольная пластинка до наклепа (а) и после наклепа (б) дробью;
[19]фиг.7 - расположение пластинок Альмена на балке передней оси и величина их прогиба после дробенаклепа поковок.
[20]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.
[21]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.
[22]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.
[23]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.
[24]Пример осуществления заявляемой полезной модели.
[25]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.
[26]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»).
[27]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.
[28]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.
[29]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.
[30]Заявляемое техническое решение возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.
