×
10.11.2013
216.012.7f38

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ДЕТАЛЯХ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области измерений и может быть использовано в машиностроении. Способ заключается в измерении магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, в заданных точках на поверхности изделия углов наклона площадок наибольших главных напряжений, в подготовке пластин-образцов из материала исследуемого изделия, контроле в них изменения углов наклона площадок наибольших главных напряжений в ходе нагружения. При этом в срединной части пластин-образцов наносят определенным образом риски, формирующие полосы заданной ширины и шероховатости поверхности. В пределах полос до и после нагружения пластин-образцов контролируют изменение углов наклона площадок наибольших главных напряжений к продольным осям пластин-образцов. По результатам контроля делается вывод о возможности применения магнитоупругого метода для определения напряжений в изделиях с различными шероховатостями поверхностей. Технический результат заключается в повышении точности измерений механических напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов, прошедших обработку на металлорежущих станках. 1 ил., 1 табл.
Основные результаты: Способ определения механических напряжений в деталях, изготовленных на металлорежущих станках, включающий измерение магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, в заданных точках на поверхности изделия углов наклона площадок наибольших главных напряжений, подготовку пластин-образцов из материала исследуемого изделия, контроль изменения углов наклона площадок наибольших главных напряжений в ходе нагружения пластин-образцов, отличающийся тем, что в срединной части пластин-образцов наносят прямые риски от края до края под углом 45° к продольным осям пластин-образцов, формируя полосы рисок шириной не менее трех величин базы измерений магнитоупругого датчика с различными значениями шероховатости поверхностей полосы для каждой пластины-образца, в контрольных точках в пределах полос до нагружения определяют углы наклона площадок наибольших главных остаточных напряжений к продольной оси пластины-образца, пластины-образцы поочередно устанавливают в разрывную машину, ступенчато нагружают до предела пропорциональности при растяжении данного материала, контролируют изменение углов наклона площадок наибольших главных напряжений к продольной оси пластины-образца в контрольных точках, по результатам контроля пластины-образцы относят к одной из двух частей: к первой, если значения измеряемых углов стали равны нулю градусов вследствие поворота направления наибольшего главного напряжения строго вдоль направления нагружения, ко второй, если этого при нагружении не произошло, производят измерения напряжений в реальных изделиях исключительно на поверхностях со значениями шероховатости не выше значений шероховатости полос на пластинах-образцах, отнесенных к первой части.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к области измерения двухосных механических напряжений магнитоупругим методом и может быть использовано в машиностроении.

Известен способ предотвращения усталостного разрушения /1/, включающий нанесение координатной сетки на поверхность детали в местах концентрации напряжений, проведение измерений в узлах сетки магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, углов наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений (они же углы наклона площадок наибольших главных напряжений), построение графика с участками, соответствующими различным периодам в процессе накопления усталости металла, отличающийся тем, что в ходе эксплуатации деталей машин и элементов конструкций, испытывающих циклические нагрузки, строят график изменения значений углов наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений, определяя три участка: первый - нестабильный - релаксации остаточных напряжений от воздействия циклических внешних эксплуатационных нагрузок; второй - стабильных напряжений после релаксации; третий - ступенчатого изменения значений измеряемых углов, соответствующий этапу зарождения и развития трещины, а после регистрации начала третьего участка эксплуатацию контролируемого изделия прекращают, предупреждая его последующее разрушение.

Однако этот способ не позволяет определять механические напряжения, ни остаточные, ни эксплуатационные, ни их суперпозицию.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ определения механических напряжений /2/, заключающийся в измерении магнитоупругим датчиком в заданных точках координатной сетки на поверхности исследуемого изделия алгебраической разности главных напряжений, определении их направлений и вычислений значений компонент тензора напряжений с использованием граничных условий на свободном контуре. Этот способ предполагает, с целью повышения точности измерений, путем исключения погрешности магнитоупругого датчика, обусловленной влиянием свободного контура (края изделия), предварительно, на нагруженной пластине-образце определять с помощью магнитоупругого датчика ширину зон у свободного контура, в которых измеренные напряжения отличаются от заданных нагруженном пластины. Измерения на поверхности исследуемого изделия производят, начиная с точек, отстоящих от свободного контура на расстоянии, равном ширине указанной зоны.

Однако данный способ не обеспечивает точности измерений напряжений в деталях, обработанных на металлорежущих станках. В частности, при фрезеровании на обработанных поверхностях остаются упорядоченные (структурированные) риски, нарушающие магнитную анизотропию верхнего слоя металла, вызванную механическими напряжениями, лежащую в основе работы магнитоупругого преобразователя (магнитоупругого датчика).

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение точности измерений путем исключения из процесса измерений деталей, имеющих недопустимо высокие для магнитоупругого метода значения шероховатости поверхностей, полученных механической обработкой.

Поставленная задача решается за счет того, что в срединной части пластин-образцов наносят прямые риски от края до края под углом сорок пять градусов к продольным осям пластин-образцов, формируя полосы рисок шириной не менее трех величин базы измерений магнитоупругого датчика с различными значениями шероховатости поверхностей полосы для каждой пластины-образца, в контрольных точках в пределах полос до нагружения определяют углы наклона площадок наибольших главных остаточных напряжений к продольной оси пластины-образца, пластины-образцы поочередно устанавливают в разрывную машину, ступенчато нагружают до предела пропорциональности при растяжении данного материала, контролируют изменение углов наклона площадок наибольших главных напряжений к продольной оси пластины-образца в контрольных точках, по результатам контроля пластины-образцы относят к одной из двух частей: к первой - если значения измеряемых углов стали равны нулю градусов вследствие поворота направления наибольшего главного напряжения строго вдоль направления нагружения; ко второй - если этого при нагружении не произошло, производят измерения напряжений в реальных изделиях исключительно на поверхностях со значениями шероховатости не выше значений шероховатости полос, на пластинах-образцах, отнесенных к первой части.

Пример. Фигура поясняет заявляемый способ. Представлена пластина-образец 1 с нанесенной на ее срединную часть от края до края полосой 2 прямых рисок под углом сорок пять градусов к продольной оси пластины-образца 1. Ширина полосы 2 рисок составляет не менее трех величин базы измерений магнитоупругого датчика (не показан).

В поле полосы 2 отмечены три контрольные точки 3 под измерения в них магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, углов наклона площадок наибольших главных напряжений к продольной оси пластины-образца 1.

Способ осуществляли следующим образом. Из стали Ст3 изготовили шесть пластин-образцов 1 с габаритами 300×50×4 мм. В срединной части одной из сторон каждой пластины-образца 1 наносили от края до края полосу 2 прямых рисок шириной 35 мм. Эта ширина более чем в три раза превышает величину базы измерений магнитоупругого датчика равную 10 мм, используемого в данном случае магнитоупругого измерителя ИМН-4М разработки Воронежского государственного технического университета. Угол наклона рисок к продольной оси пластины-образца 1 составляет сорок пять градусов. На пластины-образцы 1 наносили обработкой на вертикально-фрезерном станке ФП17МН полосы 2 с шероховатостями Rz 320, Rz 160 и Rz 80. Плоскость, формируемую фрезерованием, выставляли по ходу фрезы при помощи технологического приспособления для контроля точности позиционирования детали. Фреза-специальная цилиндрическая, предназначенная для рифления плоских поверхностей. Полосы 2 с шероховатостью Rz 40 и Rz 20 наносили на две следующие пластины-образцы 1 вручную специально заточенным инструментом. Полосу 2 с шероховатостью Rz 2,5 получили на последней пластине-образце 1 обработкой с помощью плоско-шлифовального станка 3Г71.

Контроль шероховатости полос 2 осуществляли индикатором часового типа ИЧ-10 ГОСТ 577-68 со специальной иглой и профилометром М-296. Был задействован также набор образцов-эталонов шероховатости поверхностей DIN 4769, ISO 4288.

В поле каждой полосы 2 вдоль поперечных осевых линий пластин-образцов 1 нанесли по три контрольные точки 3 с шагом 10 мм так, чтобы средние (вторые) из них совпали с продольными осями пластин-образцов 1.

Пластины-образцы 1 поочередно устанавливали в разрывную (испытательную) машину Р-20 ГОСТ 7855-74. Уровень напряжений в пластинах-образцах 1 ступенчатым нагружением с шагом 5000 Н доводили до предела пропорциональности для стали Ст3 (примерно 200 МПа). В контрольных точках 3 каждой пластины-образца 1 магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, определяли углы наклона площадок наибольших главных напряжений к продольной оси пластины-образца 1 до нагружения и на всех ступенях нагружения.

Полученные данные о величинах углов наклона главных площадок в контрольных точках 3 шести пластин-образцов 1 с различной шероховатостью полос 2 до нагружения и после достижения предела пропорциональности при растяжении стали Ст3 приведены в таблице.

Данные свидетельствуют о том, что до нагружения пластин-образцов 1 визир угломерного устройства, совпадающий с собственной магнитной осью датчика, при контроле точек 3 в полосе 2 с шероховатостью Rz 320 дает углы отсчета примерно соответствующие углам наклона прямых рисок к продольной оси пластины-образца 1, так как магнитная ось датчика принудительно «уводится» от контроля углов наклона площадок наибольших главных напряжений. Причина «увода» вызвана преобладанием анизотропии в металле, наведенной глубокими однонаправленными прямыми рисками, над магнитной анизотропией, вызванной остаточными напряжениями в пластине-образце 1.

При достижении запланированного уровня нагружения растягивающие напряжения действуют строго вдоль продольной оси пластины-образца 1, однако, угломерное устройство, которым оснащен магнитоупругий датчик, показывает отклонение от продольной оси на двадцать градусов, вносимое полосой 2 прямых рисок.

Контроль в той же последовательности следующих четырех пластин-образцов 1 со значениями шероховатостей полос 2 рисок равными Rz 160, Rz 80, Rz 40 и Rz 20 показал, что погрешность определения углов наклона главных площадок сохраняется. Этот результат делает невозможным использование магнитоупругого метода для контроля напряжений в изделиях из стали Ст3 с шероховатостями поверхностей, полученных механической обработкой, от Rz 20 и выше.

В пластине-образце 1 с полосой 2 прямых рисок с шероховатостью Rz 2,5 на всех ступенях нагружения погрешности измерений, вызванных наличием полосы 2 рисок, не было.

Пластины-образцы 1 отнесли к одной из двух частей. К первой - пластину-образец 1 с полосой 2, имеющей шероховатость Rz 2,5. В ней площадки наибольших главных напряжений повернулись строго вдоль направления нагружения (угол равен нулю градусов). Ко второй части отнесли остальные пластины-образцы 1, где этого не произошло.

Контроль реальных изделий из стали Ст3 проводили исключительно на поверхностях с шероховатостью не выше Rz 2,5, значения компонентов тензора напряжений вычисляли по известной методике /3/.

Положительный эффект предложенного способа состоит в более точном выявлении уровня механических напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов, прошедших обработку на металлорежущих станках. Это позволяет принимать меры по минимизации деформаций коробления, изгиба, депланаций, поводок и пр., вызывающих биения, заклинивания, нестабильность геометрических форм деталей машин и механизмов.

Литература

1. Способ предотвращения усталостного разрушения на основе магнитоупругости. Патент РФ на изобретение №2007115280/28 от 23.04.2007, опублик. 27.04.2009, бюл. №12.

2. А.с. СССР SU 1583763.

3. Кошкин Ю.И. Новая методика определения остаточных сварочных напряжений магнитоупругим способом / Ю.И. Кошкин и др. // Прогрессивная технология в сварочном производстве: Сб. науч. тр. Воронежский политехнический ин-т. - Воронеж, 1985. - С.20-25.

Таблица
№ п/п Значения шероховатостей поверхностей полос рисок, нанесенных на пластины-образцы Номера контрольных точек Значения углов наклона площадок наибольших главных напряжений к продольной оси пластины-образца (градусов)
до нагружения пластин-образцов при нагружении пластин-образцов до предела пропорциональности при растяжении
1 Rz 320 I 46 20
II 39 20
III 44 20
2 Rz 160 I 57 10
II 52 15
III 48 15
3 Rz 80 I 68 10
II 59 10
III 51 5
4 Rz 40 I 68 10
II 69 10
III 66 5
5 Rz 20 I 75 10
II 66 15
III 68 10
6 Rz 2,5 I 84 0
II 92 0
III 92 0

Способ определения механических напряжений в деталях, изготовленных на металлорежущих станках, включающий измерение магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, в заданных точках на поверхности изделия углов наклона площадок наибольших главных напряжений, подготовку пластин-образцов из материала исследуемого изделия, контроль изменения углов наклона площадок наибольших главных напряжений в ходе нагружения пластин-образцов, отличающийся тем, что в срединной части пластин-образцов наносят прямые риски от края до края под углом 45° к продольным осям пластин-образцов, формируя полосы рисок шириной не менее трех величин базы измерений магнитоупругого датчика с различными значениями шероховатости поверхностей полосы для каждой пластины-образца, в контрольных точках в пределах полос до нагружения определяют углы наклона площадок наибольших главных остаточных напряжений к продольной оси пластины-образца, пластины-образцы поочередно устанавливают в разрывную машину, ступенчато нагружают до предела пропорциональности при растяжении данного материала, контролируют изменение углов наклона площадок наибольших главных напряжений к продольной оси пластины-образца в контрольных точках, по результатам контроля пластины-образцы относят к одной из двух частей: к первой, если значения измеряемых углов стали равны нулю градусов вследствие поворота направления наибольшего главного напряжения строго вдоль направления нагружения, ко второй, если этого при нагружении не произошло, производят измерения напряжений в реальных изделиях исключительно на поверхностях со значениями шероховатости не выше значений шероховатости полос на пластинах-образцах, отнесенных к первой части.
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ДЕТАЛЯХ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-8 of 8 items.
10.03.2013
№216.012.2ed6

Система управления летным экспериментом

Изобретение относится к области средств информационного обеспечения испытаний и исследований летательных аппаратов (ЛА) и их систем и может быть использовано для контроля и управления ходом испытательного (исследовательского) полета воздушных судов (ВС). Технический результат - повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477521
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.06.2013
№216.012.4e1f

Поисковая экспертная система

Изобретение относится к области контрольно-вычислительной техники и может быть использовано при разработке систем автоматического управления (САУ) летательных аппаратов (ЛА). Техническим результатом является повышение информативности экспертных систем за счет поиска скрытых знаний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485581
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.05.2014
№216.012.c9c8

Экспертная система контроля работы бортового оборудования летательных аппаратов

Изобретение относится к области контрольно-вычислительной техники, предназначено для установки на летательные аппараты (ЛА) и может быть использовано для функционального диагностирования технического состояния авиационного оборудования. Техническим результатом является повышение эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517422
Дата охранного документа: 27.05.2014
27.07.2014
№216.012.e55e

Полиэргатический тренажерный комплекс предупреждения столкновений летательных аппаратов

Изобретение относится к области авиационной техники, к учебно-тренировочным системам. Полиэргатический тренажерный комплекс (ПТК) обучения предупреждения столкновения летательных аппаратов включает рабочие места пилотов в кабинах двух летательных аппаратов (ЛА), содержащих систему органов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524508
Дата охранного документа: 27.07.2014
20.02.2015
№216.013.28cd

Интеллектуальная система поддержки экипажа

Интеллектуальная система поддержки экипажа (ИСПЭ) относится к области бортового оборудования, предназначена для установки на летательные аппараты (ЛА) и может быть использована для функционального диагностирования технического состояния авиационной техники. Техническим результатом является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541902
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.03.2015
№216.013.30bb

Многофункциональный комплекс бортовых траекторных измерений

Изобретение относится к средствам обеспечения летных испытаний систем и комплексов бортового оборудования летательных аппаратов (ЛА), в частности применимо в системах обеспечения летных испытаний пилотажно-навигационного оборудования ЛА. Техническим результатом является повышение эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543943
Дата охранного документа: 10.03.2015
10.08.2016
№216.015.558f

Способ снижения остаточных сварочных напряжений

Изобретение относится к способу снижения остаточных напряжений и может быть использовано при производстве сварных конструкций. Воздействуют потоком дроби направленным на поверхность сварного соединения. Воздействие потоком дроби осуществляют путем выстрела свинцовой дробью диаметром 1,75-2,75...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593256
Дата охранного документа: 10.08.2016
25.08.2017
№217.015.cc54

Способ определения положения летательного аппарата относительно взлётно-посадочной полосы при посадке и система для его осуществления

Изобретение относится к навигации, а именно к способам определения положения летательного аппарата (ЛА) относительно взлетно-посадочной полосы (ВПП) и системе осуществления одного из способов. Достигаемый технический результат - возможность определения на борту ЛА его пространственного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620359
Дата охранного документа: 25.05.2017
Showing 1-10 of 76 items.
10.01.2013
№216.012.1a17

Способ разбраковки полупроводниковых изделий

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых изделий (диодов, транзисторов и интегральных схем), и может быть использовано для разбраковки по критерию потенциальной надежности как в процессе производства, так и на входном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472171
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.02.2013
№216.012.2807

Устройство для измерения параметра низкочастотного шума γ

Изобретение относится к области радиоизмерений, а именно к измерению шумов полупроводниковых изделий, и может быть использовано для лабораторных и цеховых измерений параметра шума γ. Устройство для измерения параметра низкочастотного шума γ содержит два независимых канала усиления, к выходу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475767
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28a9

Умножитель частоты в четное число раз n

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника электропитания повышенных промышленных частот и более высоких частот. Технический результат заключается в уменьшении потерь мощности. Умножитель частоты содержит преобразователь трехфазного напряжения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475929
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28ad

Четырехтактный реверсивный распределитель импульсов для управления шаговым двигателем с автоматической коррекцией одиночных ошибок

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в коммутаторах шаговых электроприводов систем числового программного управления на базе четырехфазных шаговых двигателей. Технический результат заключается в повышении надежности. Для этого в заявленном устройстве аппаратно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475933
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.29e9

Способ очистки воздуха

Изобретение относится к процессам пылеулавливания и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется улавливание высокодисперсных аэрозолей из воздушного протока, в частности в пищевой промышленности. Способ очистки воздуха заключается в пропускании воздуха через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476256
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.04.2013
№216.012.324a

Разнотемпературная конденсационная камера

Изобретение относится к оборудованию для пылеулавливания. Разнотемпературная конденсационная камера с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения содержит нижнее днище, верхнее днище, холодную и горячую боковые стенки тракта с устройствами обеспечения разности температур их наружных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478417
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.04.2013
№216.012.3773

Роторный ветродвигатель

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для создания новых преобразователей энергии ветра в электрическую. Сущность изобретения заключается в том, что для уменьшения поперечного сечения ветроприемника, движущегося навстречу потоку, в роторном ветродвигателе,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479748
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3bc3

Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий, имеющих большую площадь кристаллов. Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса содержит кремниевый кристалл и медный корпус между которыми установлен буферный элемент с образованием паяного шва, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480860
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.4177

Ветроэнергетическая установка

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для создания новых преобразователей энергии ветра в электрическую. Ветроэнергетическая установка содержит башню, поворотное основание, поворотные валы с лопастями, статорные элементы, роторные элементы, флюгер с датчиком...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482329
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.05.2013
№216.012.4514

Печь для обжига мелкозернистого материала в псевдоожиженном слое

Изобретение относится к области обжига мелкозернистых материалов в печах с псевдоожиженным слоем. Для повышения равномерности обжига печь, содержащая камеру подогрева с газораспределительной решеткой, снабженную питателем и соединенную с санитарным циклоном, камеру обжига с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483261
Дата охранного документа: 27.05.2013
+ добавить свой РИД