PL174540B1

PL174540B1 - Sposób dogniatania rolkami, obciążanego wzdłuż osi obciążania, elementu konstrukcyjnego

Info

Publication number: PL174540B1
Application number: PL94310548A
Authority: PL
Inventors: Horst Seeger; Dieter Thiele; Hans Wagner
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1994-03-15
Publication date: 1998-08-31
Also published as: DE4309176C2; CN1046881C; RU2128109C1; EP0690768B1; CZ287013B6; EP0690768A1; WO1994021427A1; JPH08507969A; UA35610C2; DE59406504D1; CN1119841A; PL310548A1; JP3456995B2; ES2120020T3; US5666841A; CA2158761C; CZ236095A3; DE4309176A1; CA2158761A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób dogniatania rolkami, obciążanego wzdłuż osi obciążania, elementu konstrukcyjnego, zwłaszcza łopatki turbinowej we wcięciu, przebiegającym w przybliżeniu prostopadle do osi obciążania elementu konstrukcyjnego, przy czym wcięcie dogniata się wzdłuż kilku torów, leżących obok siebie wzdłuż osi obciążania i usytuowanych w przybliżeniu prostopadle do tej osi, przy czym każdy tor obejmuje wcięcie tylko częściowo, a w elemencie konstrukcyjnym wytwarza się poniżej wcięcia naprężenia własne ściskające.

Wynalazek odnosi się w szczególności do dogniatania rolkami takich metalowych elementów konstrukcyjnych jak łopatki turbinowe, przy czym wcięciem, w którym taki element konstrukcyjny ma być dogniatany, jest zwłaszcza żłobek przytrzymujący do zamocowania elementu konstrukcyjnego. Zwłaszcza łopatka turbinowa, która jest przeznaczona do wirnika turbiny i w związku z tym podlega dużym obciążeniom roboczym siłą odśrodkową, ma zwielokrotniony szereg żłobków przytrzymujących, które są rozmieszczone wzdłuż osi obciążania w dwóch wzajemnie symetrycznych rzędach i w które wchodzą odpowiednie urządzenia mocujące wirnika turbiny.

174 540

Dogniatanie rolkami elementów konstrukcyjnych, które wraz z wygładzającym powierzchnię nagniataniem i zmieniającym nieco kształt kalibrowaniem jest obejmowanie ogólnym pojęciem dokładnego walcowania powierzchniowego, jest szczegółowo objaśnione w książce Festwalzen und Glattwalzen zur Festigkeitssteigerung von Bauteilen Niemieckiego Związku Badań Materiałowych. W książce tej są zamieszczone protokoły lub rękopisy referatorów, zaprezentowanych na VIII sesji Grupy Roboczej Wytrzymałość Eksploatacyjna, która odbyła się w 1982 r. Na tym miejscu uwzględnia się w szczegółach referaty: Własności zmęczeniowe dogniatanych rolkami prętów probierniczych B.Fuchsbauera, s.23 i następne oraz Powstawanie naprężenia własnego i wytrzymałość zmęczeniowa dogniatanych rolkami próbek CK 45 R. Priimmera i R.Zellera, s.63 i następne. Dogniatanie rolkami, które zazwyczaj przeprowadza się za pomocą małych baryłkowatych rolek ze stopu twardego, stanowi według nich odkształcającą obróbkę powierzchniową w celu zwiększenia trwałości zmęczeniowej, zwłaszcza trwałości w przypadku agresywności korozyjnej przy zarysowaniu drganiowym. Podczas dogniatania rolkami, odkształcenie powierzchniowe jest częściowo sprężyste, częściowo zaś plastyczne; przyczynia się ono z jednej strony do zwiększenia twardości obrabianego materiału na powierzchni oraz w warstwach przypowierzchniowych, z drugiej zaś strony do powstania naprężeń własnych ściskających pod powierzchnią. Te naprężenia własne ściskające są zdolne w pewnych okolicznościach zahamować wzrost zarysowania od powierzchni do wnętrza materiału. Wynika stąd przydatność naprężeń własnych ściskających do przeciwdziałania korozji materiału przy zarysowaniu drganiowym.

Wyeliminowanie zagrożenia przez korozję przy zarysowaniu drganiowym stanowi ważny aspekt projektowania i wytwarzania łopatek turbinowych dla turbiny gazowej Iub parowej.

Sposób dogniatania rolkami wymienionego na wstępie rodzaju opiera się o rozwiązanie znane z opisu DE 40 15 205 Cl, przy czym elementem konstrukcyjnym, który zawiera wcięcie, podlegające obróbce za pomocą dogniatania rolkami, jest łopatka turbiny. Główna uwaga jest zwrócona przy tym nie na samo ukształtowanie operacji dogniatania rolkami, lecz na opracowanie narzędzia, nadającego się do dogniatania określonych wcięć Iub żłobków.

Również niemiecki opis DE-PS 689.912 dotyczy operacji dogniatania rolkami, przy czym jednak jest tu dogniatany nie element konstrukcyjny wymienionego na wstępie rodzaju, lecz płaski pierścień, który ma stanowić bieżnię toczną osiowego łożyska tocznego.

Opis DE 36 01 541 A1 dotyczy poprawienia jakości powierzchni otworu w przedmiocie obrabianym przez dogniatanie powierzchni otworu za pomocą toczących się kul. Dogniatanie następuje w sposób zalecany tak, że kule są prowadzone wzdłuż osi otworu i zawalcowują tym sposobem otwór wzdłuż wielu torów, które sąsiadują ze sobą i z których każdy jest ukierunkowany w przybliżeniu równolegle do osi. Wskutek tego w przedmiocie obrabianym mogą powstawać naciskowe naprężenia własne, które w przeważającej części są ukierunkowane stycznie względem osi.

Znane ze stanu techniki dogniatanie rolkami wcięcia w elemencie konstrukcyjnym następuje zawsze w ten sposób, że baryłkowata rolka o kształcie, dopasowanym do kształtu wcięcia, jest przetaczana przez nie z odpowiednią siłą dociskową. Okazało się, że powstają przy tym naprężenia własne ściskające, które są anizotropowe i w przeważającej mierze zwrócone w kierunku podłużnym wcięcia. Wskutek tego te naprężenia własne ściskające nadają się tylko warunkowo do przeciwstawiania się eksploatacyjnym obciążeniom elementów konstrukcyjnych wymienionego na wstępie rodzaju, zwłaszcza łopatek turbinowych, przy czym obciążenie działa wzdłuż osi obciążania poprzecznie względem wcięcia.

W tym znaczeniu wynalazek opiera się na zadaniu dalszego udoskonalenia wymienionego na wstępie sposobu dogniatania rolkami elementu konstrukcyjnego, obciążanego wzdłuż osi obciążania, we wcięciu, biegnącym w przybliżeniu prostopadle do osi obciążania, tak, iż osiąga się lepsze pod względem oczekiwanych obciążeń ukierunkowanie naprężeń własnych ściskających.

Wynaleziony dla rozwiązania tego zadania sposób dogniatania rolkami elementu konstrukcyjnego, zwłaszcza łopatki turbinowej, obciążanej wzdłuż osi obciążania, w biegnącym w przybliżeniu prostopadle do kierunku obciążania wcięciu, przy czym wcięcie dogniata się według szeregu leżących obok siebie wzdłuż osi obciążania i ukierunkowanych w przybliżeniu

174 540 prostopadle do tej osi torów, gdzie każdy tor obejmuje wcięcie jedynie częściowo i przy czym w elemencie konstrukcyjnym wytwarza się poniżej wcięcia naprężenia własne ściskające, charakteryzujące się według wynalazku tym, że sąsiednie tory dogniata się w wzajemnym nakładaniem się na siebie oraz wytwarza się naprężenia własne ściskające, które mają względem osi obciążania różne składowe osiowe i styczne, przy czym składowe osiowe są znacznie większe od składowych stycznych.

Korzystnie, dogniatanie prowadzi się z taką siłą, że składowe osiowe naprężeń własnych ściskających w elemencie konstrukcyjnym są do głębokości 0,6 mm poniżej wcięcia o około 50% większe od składowych stycznych naprężeń własnych ściskających.

Korzystnie, dogniatanie prowadzi się z taką siłą, ze składowe osiowe naprężeń własnych ściskających w elemencie konstrukcyjnym do głębokości 1,5 mm poniżej wcięcia wynoszą około 500 N/mm².

Korzystnie, dogniata się wcięcie według torów, z których każdy obejmuje wcięcie co najwyżej w jednej szóstej jego szerokości.

Korzystnie, wcięcie dogniata się przetaczając każdy tor za pomocą rolki baryłkowatej, który maksymalny promień wypukłości jest znacznie mniejszy niż minimalny promień krzywizny wcięcia, leżący w przekroju poprzecznym równoległym do osi obciążania.

Korzystnie, wcięcie poddaje się po dogniataniu nagniataniu wygładzającemu.

Korzystnie, wcięcie poddaje się nagniataniu wygładzającemu za pomocą rolki, obejmującej większą liczbę torów, zwłaszcza wszystkie tory.

Wynalazek wychodzi ze stwierdzenia, że przez dogniatanie na leżących obok siebie torach, obejmujących wcięcie każdorazowo tylko częściowo, osiągalne jest odchylenie naciskowych naprężeń własnych o 90°, tak, iż naciskowe naprężenia własne, skierowane początkowo w przybliżeniu prostopadle do osi obciążania, po całkowitym dognieceniu są skierowane ku osi obciążania, a tym samym nadają się w szczególnej mierze do przejmowania obciążeń, które zachodzą wzdłuż osi obciążania. Dzięki temu można - zwłaszcza w przypadku łopatek turbinowych - przeciwdziałać efektywnie wzrostowi rys i korozji od zarysowania drganiowego we wcięciu.

Dzięki temu, że tory dogniatania wcięcia są tak rozmieszczone, że nakładają się na siebie, można wykorzystać oddziaływania wzajemne pomiędzy już wytworzonymi naprężeniami własnymi ściskającymi a tymi, które są wytwarzane podczas nowej operacji dogniatania, do wspomagania wytwarzania żądanych naprężeń własnych ściskających po zakończeniu procesu dogniatania. Również już podczas dogniatania rolkami uzyskuje się w wysokim stopniu gładką powierzchnię wcięcia.

Wskazanie, że naciskowe naprężenia własne poniżej wcięcia powinny mieć pewne właściwości, oznacza również, że mały obszar powierzchniowy we wcięciu, który ciągnie się od powierzchni aż do pewnej niewielkiej głębokości, która w przypadku wykonanego ze stali przedmiotu obrabianego wynosi normalnie ok. 0,2 mm, powinien pozostawać poza zasięgiem uwagi. Wynika to przede wszystkim stąd, że obszar przypowierzchniowy w odróżnieniu od głębiej leżących warstw wskutek powstawania i wgniatania wypływek podlega szczególnie intensywnemu zgniataniu, które wpływa w trudno uchwytny sposób na właściwości materiału w obszarze przypowierzchniowym i determinuje je. Główną uwagę zwraca się dlatego na oddziaływanie na warstwy poniżej obszaru przypowierzchniowego, co jest wystarczającej przynajmniej w aspekcie uniknięcia wzrostu rys.

Sposób według wynalazku zapewnia naciskowe naprężenia własne o właściwościach, które zwłaszcza w przypadku łopatek turbinowych skutecznie zapobiegają powstawaniu rys i korozji od zarysowania drganiowego przy oczekiwanych obciążeniach.

Każdy tor obejmuje korzystnie wcięcie w co najwyżej jednej szóstej, tak, iż w praktyce konieczna jest większa liczba operacji dogniatania, aby wcięcie całkowicie dognieść. Sprzyja to w szczególny sposób celowi wytworzenia pożądanych naciskowych naprężeń własnych.

Dogniatanie odbywa się korzystnie w ten sposób, że każdy tor jest poddawany toczeniu się po nim baryłkowatej rolki, która ma maksymalny promień wypukłości, który jest znacznie mniejszy od minimalnego promienia krzywizny wcięcia. Do dogniatania wcięcia można przy tym wykorzystać tylko jedną rolkę, którą prowadzi się kolejno po wszystkich torach; wyobrażał174 540 ne jest jednak także zastosowanie do dogniatania wcięcia układów z szeregiem rolek wymienionego rodzaju. Ten ostatni środek zaleca się wykorzystywać do dogniatania wcięć o stosunkowo skomplikowanym przekroju poprzecznym.

Po dogniataniu, wcięcie nagniata się korzystnie dodatkowo do gładkości, co można przeprowadzać za pomocą jednej tylko rolki, która obejmuje wcięcie w całym obszarze dogniatania i której kształt jest dopasowany do kształtu wcięcia w wystarczającej mierze. Przez nagniatanie wykończaj ące można usunąć we wcięciu mniejsze nierówności powierzchni elementu konstrukcyjnego, dzięki czemu dodatkowej poprawie ulega jakość powierzchni, zwłaszcza w aspekcie jej odporności na korozję.

Nagniatanie wygładzające przeprowadza się korzystnie za pomocą rolki, która obejmuje jednocześnie większą liczbę torów. Dzięki temu można usunąć zwłaszcza wypływki, które powstały ewentualnie podczas dogniatania pomiędzy sąsiadującymi ze sobą torami, oraz jest zapewnione za pomocą prostych środków, że siła, którą rolka oddziaływuje na wcięcie podczas nagniatania wygładzającego, pozostaje w prawidłowym stosunku do siły, działającej podczas dogniatania. Nacisk, wywierany na wcięcie podczas nagniatania wygładzającego, jest korzystnie wyraźnie mniejszy od nacisku podczas dogniatania. Szczególnie zaleca się, aby podczas nagniatania wygładzającego obejmować jednocześnie wszystkie tory wcięcia, tak, iż nagniatanie wygładzające przeprowadza się przy jednym tylko przyłożeniu przeznaczonej do tego celu rolki. W danym przypadku można prowadzić tę rolkę wielokrotnie przez wcięcie. Dzięki sposobowi według wynalazku można osiągnąć prostymi środkami i małym kosztem gładką powierzchnię wcięcia.

Jak już wspomniano, sposób według wynalazku jest szczególnie przydatny w przypadku łopatek turbinowych, przy czym wcięcie jest zwłaszcza żłobkiem mocującym. Przede wszystkim w przypadku łopatki turbinowej wykorzystuje się ten sposób ze szczególną korzyścią w ten sposób, że dogniata się jednocześnie dwa wzajemnie przeciwległe żłobki mocujące. Wiąże się z .tym oszczędność pracochłonności, ponieważ obrabia się jednocześnie dwa wcięcia, oraz oszczędność oprzyrządowania, ponieważ dwie rolki - każdorazowo jedna dla każdego żłobka mocującego - podpierają się wzajemnie i czynią zbędnymi specjalne urządzenia podpierające. Prócz tego uzyskuje się pewną symetrię naciskową naprężeń własnych, wytworzonych w jednocześnie dogniatanych żłobkach mocujących, co dodatkowo wychodzi naprzeciw celowi wytworzenia odporności na wzrost rys i korozję od zarysowania drganiowego.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony w oparciu o przykłady wykonania wynalazku, które wynikają z rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia układ z elementem konstrukcyjnym z dogniatanymi wcięciami oraz rolki do dogniatania lub nagniatania wygładzającego, fig. 2 porównanie przekroju poprzecznego wcięcia przed i po dogniataniu, fig. 3 - łopatkę turbinową, fig. 4 - układ do dogniatania wcięcia w łopatce turbinowej, fig. 5 - układ, podobny do uwidocznionego na fig. 1, fig. 6 - wykres naciskowych naprężeń własnych, wytworzonych w układzie według fig. 5 w myśl wynalazku, a fig. 7 - wykres naciskowych naprężeń własnych, wytworzonych w układzie według fig. 5 stosownie do stanu techniki.

Figura 1 przedstawia element konstrukcyjny 2, który ma być obciążany wzdłuż osi obciążania 1 i który zawiera dwa wcięcia 3, które powinny rozciągać się poprzecznie do osi obciążania 1, a zatem z płaszczyzny rysunku lub w płaszczyznę rysunku; widoczny jest też przekrój poprzeczny, równoległy do osi obciążenia 1, zwłaszcza promieniowo-osiowy. Każde wcięcie 3, ma minimalny promień 4 krzywizny, który w przedstawionym przykładzie, odpowiada po prostu promieniowi krzywizny okrągłych w przekroju poprzecznym wcięć 3. Uwidocznione z prawej strony wcięcie 3 jest dogniatane w myśl wynalazku za pomocą odpowiedniej rolki 6; ta rolka 6 jest baryłkowata, a zatem zaokrąglona na swym zewnętrznym obwodzie, oraz ma maksymalny promień 7 wypukłości, który - ponieważ rolka 6 ma profil torusa - odpowiada w przedstawionym przykładzie po prostu promieniowi krzywizny rolki 6. Jest on znacznie mniejszy od minimalnego promienia 4 krzywizny wcięcia 3; z tego względu do całkowitego dogniecenia wcięcia 3, przynajmniej do dogniecenia we wszystkich wchodzących tu w rachubę miejscach wcięcia 3, konieczne jest wielokrotne przetoczenie rolki 6. Zamocowanie 10, w którym rolka 6 jest przytrzymywana, może w tym celu zawierać np. urządzenie do posuwu wzdłuż osi obciążania 1. Rolka 6 jest osadzona obrotowo dokoła osi obrotu 8. Po lewej stronie

174 540 uwidoczniona jest dla porównania rolka 13 o maksymalnym promieniu 7 wypukłości, który odpowiada w przybliżeniu minimalnemu promieniowi 4 krzywizny wcięcia 3, za pomocą której to rolki wcięcie 3 można poddać, po przeprowadzonym dogniataniu, nagniataniu wygładzającemu. To nagniatanie wygładzające służy w szczególności do wygładzania powierzchni wcięcia 3, co może być ważne z punktu widzenia dalszego poprawienia jakości. Również rolka 13 jest osadzona obrotowo dokoła osi obrotu 8 i jest także zamocowana w odpowiednim zamocowaniu 10. Według stanu techniki rolkę 13 można stosować w danym przypadku również do dogniatania.

Figura 2 przedstawia w odpowiednim powiększeniu zmianę kształtu, jakiej podlega wcięcie 3 w elemencie konstrukcyjnym 2 pod wpływem dogniatania. Przed dogniataniem wcięcie 3 ma oznaczony linią kreskową kontur początkowy 14, który podczas dogniatania przekształca się w kontur końcowy 15, ograniczający zakreskowaną powierzchnię. Dogniatanie następuje przez przetaczanie się rolki 6 /nie uwidocznionej/we wcięciu 3 po wielu leżących obok siebie torach, częściowo nakładających się na siebie. Przetaczanie we wcięciu 3 powoduje stale pewną określoną zmianę kształtu; wszystkie powstałe podczas dogniatania zmiany kształtu są uwidocznione na fig. 2. Zmiany kształtu warunkują z jednej strony pewne utwardzenie odkształconej powierzchni, z drugiej zaś strony powstanie naciskowych naprężeń własnych pod odkształconą powierzchnią. Przez dogniatanie po wielu leżących obok siebie torach 5, można uzyskać szczególnie korzystny rozkład i ukierunkowanie naciskowych naprężeń własnych. Jak to jest widoczne na fig. 2, odkształcenie wcięcia 3 może być różne od toru 5 do toru 5, do czego można zmieniać w szczególności siłę, którą rolka 6 /por.fig. 1/jest dociskana do wcięcia 3. Za pomocą tego środka można dopasować dokładnie do postawionych wymagań, zwłaszcza tych, stawianych w myśl wynalazku, zarówno kształt konturu końcowego 15, jak i rozkład twardości oraz ściskających naprężeń własnych.

Figura 3 przedstawia łopatkę turbinową 2 z piórem 12 /uwidocznionym tylko częściowo/, po którym podczas pracy przepływa czynnik przepływowy, oraz z częścią stopową 11, która jest zakotwiona w wirniku turbiny. W tym celu, część stopowa 11 ma wcięcia 3, które służą jako żłobki mocujące i w które wchodzą odpowiednie części komplementarne. W szczególności te właśnie wcięcia 3 wchodzą w rachubę w aspekcie dogniatania w opisany sposób. Oś obciążania 1 biegnie w kierunku podłużnym pióra 12, a żłobki mocujące 3 są skierowane w przybliżeniu prostopadle do osi obciążania 1.

Patrząc wzdłuż osi obciążania 1, fig. 4 uwidacznia, jak łopatka turbinowa 2 z częścią stopową 11 i piórem 12 może być dogniatana w żłobkach mocujących 3 /nie uwidocznionych/. Część stopowa 11 jest w tym celu zamocowana w podporze 9. Część stopowa 11 ma prostopadle do osi obciążania 1 kontur z dwoma wygiętymi bokami 16, w których znajdują się również wcięcia 3. Takie wygięte boki 16 stosuje się niekiedy w przypadku łopatek turbinowych 2, które są przeznaczone do końcowych stopni niskociśnieniowych turbin parowych. Te łopatki turbinowe 2 podlegają podczas pracy szczególnie dużym obciążeniom mechanicznym, które mogą być szczególnie dobrze przejmowane przez tego rodzaju wygięte boki 16. Podczas dogniatania, leżące naprzeciw siebie rolki 6 są wciskane jednocześnie w wygięte boki 16, do czego należy przewidzieć odpowiednie podparcia obok urządzeń do wytwarzania niezbędnych sił. Łopatkę turbinową 2 wychyla się wzdłuż strzałek pomiędzy obiema rolkami 6. W ten sposób rolki 6 podpierają się wzajemnie, w związku z czym mogą odpaść specjalne urządzenia do podpierania łopatki turbinowej 2.

Figura 5 przedstawia układ, podobny do układu, uwidocznionego na fig. 1, przy czym element konstrukcyjny 2 jest próbką badaną, naśladującą łopatkę turbinową; wskazany jest przebieg osi obciążania 1. Po lewej stronie próbkę badaną przetacza rolka 6, która oddziaływuje na element konstrukcyjny 2 stosunkowo małym promieniem krzywizny i dzięki temu jest przeznaczona do dogniatania według wynalazku. Po prawej stronie element konstrukcyjny 2 przetacza rolka 13 o znacznie większym maksymalnym promieniu wypukłości, która stosownie do tego może służyć do nagniatania wygładzającego lub - jak w związku z opisaną dalej fig. 7 - do przedstawiania tego, co było dotychczas osiągalne za pomocą sposobu dogniatania według stanu techniki. Element konstrukcyjny 2 jest wykonany z materiału X20Cr13 i jest przetaczany w przypadku opisanych dalej przykładów przez rolkę 6, która oddziaływuje na element konstruk174 540 cyjny 2 obszarem toroidalnym o promieniu 1,5 mm, który odpowiada zatem maksymalnemu promieniowi wypukłości, oraz ma średnicę 138,5 mm. Element konstrukcyjny 2 jest przetaczany po jedenastu torach, których środki znajdują się w odstępach wzajemnych, równych 0,5 mm. Siła, jaką rolka 6 dociska do elementu konstrukcyjnego 2 zmienia się od toru do toru w granicach od 2,8 do 25 kN - każdorazowo odpowiednio do wywieranego na element konstrukcyjny 2 nacisku jednostkowego w granicach od 14 do 125 barów. Dla porównania, element konstrukcyjny przetacza po prawej stronie rolka 13, która oddziaływuje na element konstrukcyjny 2 obszarem toroidalnym o promieniu krzywizny 3,8 mm. Przy sześciu przetaczaniach wywierano każdorazowo dwukrotnie siły, równie 10 kN, 20 kN i 30 kN. Średnica rolki 13 wynosi również 138,5 mm.

Figura 6 przedstawia naciskowe naprężenia własne 17, 18, wytworzone w elemencie konstrukcyjnym 2 za pomocą sposobu według wynalazku, naniesione wzdłuż głębokości /mierzone od konturu końcowego/. Jest wyraźnie widoczne, że aż do głębokości 1,5 mm i powyżej, składowe osiowe 17 mają wyraźnie większe wartości niż styczne 18. Do głębokości 0,6 mm składowe osiowe 17 są około 50% większe od składowych stycznych 18, przy czym do głębokości 1,5 mm składowe osiowe wynoszą w przybliżeniu 500 N/mm2. Naciskowe naprężenia własne podaje się nafig. 6 jako wartości ujemne; wartości dodatnie narzędnej odpowiadałyby rozciągającym naprężeniom własnym.

Figura 7 uwidacznia dla porównania naciskowe naprężenia własne 17,18, które /por.fig.5/ wytworzono za pomocą rolki 13. Poza małym obszarem powierzchniowym 19, który rozciąga się od powierzchni aż do głębokości ok. 0,2 mm, wartości składowych osiowych 17 są stale mniejsze od wartości składowych stycznych 18 naciskowych naprężeń własnych. W obszarze przypowierzchniowym 19 składowe osiowe 17 podlegają ponadto znacznym wahaniom, tak, iż nie można tam mówić o jakiejś systematycznej tendencji. Istotne właściwości sposobu według wynalazku wynikają z dużą przejrzystością zwłaszcza z porównania fig. 61 7. Stosownie do tego, dzięki wynalazkowi możliwe jest po raz pierwszy wpływanie na kierunek oraz - jak to porównanie wyraźnie wskazuje - również na wartość naciskowych naprężeń własnych w elemencie konstrukcyjnym 2 przez odpowiednie przeprowadzanie dogniatania rolkami, a także uzyskiwanie wielkości i kierunków, które są dostosowane w szczególny sposób do oczekiwanych obciążeń elementu konstrukcyjnego 2.

Sposób w dowolnej postaci jest szczególnie przydatny do dogniatania rolkami wcięcia w elemencie konstrukcyjnym, wykonanym z metalu, zwłaszcza ze stali, np. chromowej. Jako stal chromowa wchodzi przy tym w rachubę w szczególności stal X20Cr13; stal tę stosuje się często zwłaszcza na łopatki turbinowe. Innymi metalami, z których mogą być wykonane elementy konstrukcyjne, obrabiane w myśl wynalazku, są tytan i jego stopy. Szczególnie ważne jest zastosowanie sposobu według wynalazku do elementów konstrukcyjnych z materiału o dużej wytrzymałości, zwłaszcza stali lub stopu tytanu o dużej wytrzymałości.

174 540

FIG 2

FIG 3

174 540

FIG 6

FIG 7

174 540

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób dogniatania rolkami, obciążanego wzdłuż osi obciążania, elementu konstrukcyjnego, zwłaszcza łopatki turbinowej, we wcięciu, przebiegającym w przybliżeniu prostopadle do osi obciążania elementu konstrukcyjnego, przy czym wcięcie dogniata się wzdłuż kilku torów, leżących obok siebie wzdłuż osi obciążania i usytuowanych w przybliżeniu prostopadle do tej osi, a każdy tor obejmuje wcięcie tylko częściowo, przy czym w elemencie konstrukcyjnym wytwarza się poniżej wcięcia naprężenia własne ściskające, znamienny tym, że dogniatanie prowadzi się wzdłuż torów (5) przy ich wzajemnym nakładaniu się, wytwarzając przy tym w elemencie konstrukcyjnym (2) naprężenia własne ściskające, mające względem osi obciążania (1), różne składowe osiowe (17) i składowe styczne (18), przy czym składowe osiowe (17) są znacznie większe od składowych stycznych (18).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dogniatanie prowadzi się z taką siłą, że składowe osiowe (17) naprężeń własnych ściskających w elemencie konstrukcyjnym (2) są do głębokości 0,6 mm poniżej wcięcia (3) o około 50% większe od składowych stycznych (18) naprężeń własnych ściskających.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dogniatanie prowadzi się z taką siłą, że składowe osiowe (17) naprężeń własnych ściskających w elemencie konstrukcyjnym (2) do głębokości 1,5 mm poniżej wcięcia (3) wynoszą około 500 N/mm².
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dogniata się wcięcie według torów (5), z których każdy obejmuje wcięcie (3) co najwyżej w jednej szóstej jego szerokości.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wcięcie (3) dogniata się przetaczając każdy tor za pomocą rolki baryłkowatej (6), której maksymalny promień wypukłości (7) jest znacznie mniejszy niż minimalny promień krzywizny (4) wcięcia (3), leżący w przekroju poprzecznym równoległym do osi obciążania (1).
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wcięcie (3) poddaje się po dogniataniu nagniataniu wygładzającemu.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że wcięcie (3) poddaje się nagniataniu wygładzającemu za pomocą rolki (13), obejmującej większą liczbę torów (5), zwłaszcza wszystkie tory (5).