CS212142B1 - Způsob snižování vnitřních zbytkových pnutí součástí - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobů snižování vnitřních zbytkových pnutí součástí a řeSí problém odstraňování deformací, borcení součástí a zvýšení odolnosti materiálu proti trhlinám, případně křehkému a únavovému lomu a korozi. Na součást s nejméně atmosferickou teplotou, s výhodou věak o teplotě 30 až 550 °C se působí vibraci o frekvenci do 500 Hz. Vibrace probíhá v opakovaných, s prodlevou maximálně 2 sekundy po sobě následujících cyklech, o délce 5 sekund až 20 minut, přičemž celková doba cyklických vibraci je 3 až 120 minut.

Description

Vynález se týká způsobu snižování vnitřních zbytkových pnutí součástí a strojních konstrukcí ze železných a neželezných materiálů.

Ve strojních součástech vznikají, jako důsledek výrobních procesů, to je obrábění, tepelného zpracování, odlévání, tváření a svařování, vnitřní zbytková pnutí, a to pnutí prvého řádu, tzv. makropnutí a pnutí vyěěích řádů, pnutí mikroskopická.

Pnutí makroskopická a zvláště pak mikroskopická se v součásti superponují a způsobují nežádoucí deformace a borcenl součásti a zvyšují sklon materiálu k porušení, trhlinám, případně křehkému a únavovému lomu a korosi.

Zatím co pnuti makroskopická lze správně volenou konstrukcí a technologii výroby velmi podstatně omezit, pnutí mikroskopická jsou během výroby součásti prakticky neovlivnitelná.

Není-li možno vyrobit součást bez vnitřcích zbytkových pnutí nebo s pnutím minimálním, je nutno součást vnitřního pnutí zbavit, případně vnitřní pnutí přerozdělit tak, aby se dosáhlo rovnovážného stavu, který, vylučuje vznik uvedených závad.

Je známa řada metod, vedoucích ke snížení vnitřních zbytkových pnutí součástí a konstrukcí.

Původní a nejvíce rozšířený způsob, přirozená stárnutí, bylo nahrazeno stárnutím umělým, tj. žíháním v oblasti teplot 500 až 650 °C, po dobu několika hodin s následujícím pozvolným ochlazováním v žíhací peci.

Jsou známy i jiné způsoby tepelného a mechanického zpracování součástí, jako tepelná rázy, termocyklické stárnutí, statické a dynamické zatěžování, která mají působit na odstra¹ nění napělových špiček a redistribuci pnutí, při současném zpevnění základní kovová hmoty a tím zvýšení její relaxační odolnosti.

U těchto metod je hlavním nedostatkem na jedná straně příliš dlouhý žíhací cyklus, na druhá straně, v případě tepelných rázů, vzniká nebezpečí porušení součásti vystavené prudkým změnám teploty.

Při vibraci konstantní frekvencí kmitů se snižuje vnitřní pnutí pouze při amplitudě kmitů nad mezí tečení materiálu. Při nižších amplitudách je účinek malý. Dosažení úrovně zatížení materiálu vibrací nad mez tečení je z technického hlediska obtížné a je spojeno s nebezpečím poruchy součásti v jejich zeslabených průřezech.

Jiný způsob vychází z využití harmonická vibrace. Vibrátor i snímač zrychleni se upne na součást, která vibruje při postupně vzrůstajících frekvencích kmitů, V místech rezonančních špiček se nechá součást určitou dobu vibrovat. Účinek vibrace se sleduje bu3 měřením příkonu vibrátoru nebo sledováním posunu rezonančních špiček nebo měřením logaritmického dekrementu útlumu. Proces je ukončen, když sledovaná veličina dosáhne konstantních hodnot. Nevýhodou tohoto způsobu je, že rezonanční špičky jsou stanoveny pouze v místě upnutí snímače zrychlení, zatímco jiné místa součástí mohou rezonovat při zcela rozdílných frekvencích. Proto je nutná postupně přesouvat snímač zrychlení a vibrační cyklus opakovat po celá součásti. Tento postup je však složitý a velmi složitá je taká aparatura pro jeho provádění.

Uvedené nedostatky odstraňuje ve velké míře způsob snižování vnitřních zbytkových pnutí podle vynálezu, jehož podstatou je, že strojní součást se podrobí vibraci, probíhající v opakovaných, s prodlevou maximálně 2 sekundy po sobě následujících cyklech o délce 5 sekund až 20 minut, přičemž celková doba cyklických vibrací je 3 až 120 minut.

Celý cyklus vibrace je velmi prostý a nevyžaduje odbornou obsluhu. Lze jej plně automatizovat pomocí časových spínačů pro nastavení doby vibračního cyklu, pro jeho opakování i pro dobu celkové cyklické vibrace. Při cyklické vibraci je možno použít vibrátoru s konstantní i měnitelnou frekvencí kmitů bez snímačů zrychlení. Užije-li se vibrátor s konstantní frekvencí kmitů, je vibrovaná součást v době rozběhu, ale hlavně v době doběhu, setrvačností vibrátoru a hmotností součásti, podrobena rozmezí kmitů, jehož maximální hodnota frekvence je dána maximální volenou frekvencí kmitů vibrátoru a minimální hodnota frekvence je omezena opětným impulsem po zapnutí vibrátoru pro následující vibrační cyklus.

Takto se samočinně mění periodicky frekvence kmitů v celé součásti. V krátkém časovém úseku, který je dán délkou jednoho vibračního cyklu, vznikají a zanikají rezonanční špičky a účinnost vibrace se násobí opakováním vibračních cyklů. Vibrační cyklus je správně proveden, když příkon vibrátoru klesne o 5 až 15 % původní hodnoty a zůstává během delšího kmitání konstantní.

Součást se uloží na pružné, např. pryžové'podložce nebo se zavěsí na pružných lánech na stojan nebo na jeřáb. Tvarově vhodné součásti je možno svázat do svazku. Na ně se připevní vibrátor. Drobné součásti se mohou jednotlivě, ve svazku nebo v obalu upevnit na stůl, na němž je uchycen vibrátor.

Příklad 1

Na strojní součást se upne vibrátor s konstantní frekvencí kmitů, řízený soustavou časových spínačů. První řídí dobu jednoho vibračního cyklu a je nastaven na 30 sekund. Druhý řídí prodlevy mezi jednotlivými cykly a je nastaven na dvě sekundy. Třetí spínač řídí celkovou dobu vibrace a je nastaven na 20 minut. Sepnutím prvního spínače se zapíná i třetí. Za 30 sekund se první spínač vypne a uvede v činnost druhý spínač, který po dvou sekundách uvede v činnost.první spínač. Celý cyklus se opakuje. Po 20 minutách třetí spínač vyřadí z činnosti první a druhý a cyklická vibrace je ukončena.

Příklad 2

Na součást se upne vibrátor se stupňovitě měnitelnou frekvencí. Součást se podrobí vibraci s prodlevou 1 až 2 minuty na každé z frekvencí, např. 40, 80, 120, 80 a 40 Hz. Cyklus se opakuje po dobu 15 až 20 minut.

Příklad 3

Na součást se připevní vibrátor s plynule měnitelnou frekvencí kmitů s maximem 100 Hz. Součást vibruje s plynule vzrůstající frekvencí kmitů do maxima a s plynule klesající frekvencí k nule. Cyklus se periodicky opakuje po dobu 15 minut.

Příklad 4

Drobné součásti se uloží těsně do obalu nebo se sváží do svazku, nebo se jednotlivě připevní na vibrační stůl, ovládaný vibrátorem. Cyklická vibrace probíhá některým shora popsaným způsobem.

Claims (1)

1. Způsob snižování vnitřních zbytkových pnutí součástí a strojních konstrukcí z železných i neželezných materiálů, které mají teplotu nejméně atmosferickou až do 550 °C, vibrací o frekvenci kmitů do 500 Hz, vyznačující se tím, že strojní součást se podrobí vibraci, probíhající v opakovaných, s prodlevou maximálně 2 sekundy po sobě následujících cyklech, o délce 5 sekund až 20 minut, přičemž celková doba cyklických vibrací je 3 až 120 minut.