Содержание
1. Индукционная поверхностная закалка
Общие сведения об индукционном нагреве………………………...3
Исходные данные и задача расчета………………………………….3
Расчет параметров…………………………………………………….5
2. Упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием
2.1 Общие сведения ……………………………………………………..10
2.2 Исходные данные и задача расчета…………………………………10
2.3 Расчет параметров дробеударного упрочнения резьбы…………...11
2.4 Расчет параметров алмазного выглаживания цилиндрической
поверхности…………………………………………………………..12
3. Список использованных источников……………………………………….14
Индукционная поверхностная закалка
В основе метода лежат два физических закона: закон электромагнитной индукции Фарадея (возникновение индукционных токов в проводнике, который находится в переменном магнитном поле); и закон Джоуля-Ленца (нагрев проводников электрическом током).
Закона электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.
Закон Джоуля–Ленца:
Если на участке
цепи под действием
электрического
поля не совершается
механическая
работа и не
происходят
химические
превращения
веществ, то
работа электрического
поля приводит
только к нагреванию
проводника.
При этом работа
электрического
тока равна
количеству
теплоты, выделяемому
проводником
с током:
.
Диаметр
заготовки
=50
мм.
Длина
заготовки
подвергаемой
закалке
=50
мм.
Материал детали: Углеродистая сталь 12Х2Н4А
Рис.1 Эскиз детали
Характеристики материалов:
Плотность
стали
Удельная
теплоемкость
Теплопроводность
Температуропроводность
=20
Удельное
электрическое
сопротивление
=1.2
Характеристики индуктора:
Число
витков
Покрытие Ан.Окс.100 из.
-
сплав (АМГ6)
Удельное
электрическое
сопротивление
(АМГ6)
Рис.2. Индуктора с деталью
1- индуктор; 2- канал для протока воды; 3-деталь
Температурный режим:
Температура
поверхности
Минимальная
Скорость
нагрева
Задача расчета:
-
Расчитать
глубину закаленного
слоя на частотах
-
Необходимую
плотность
мощности
-
Амплитуду тока
в индукторе
А.
-
Мощность
технологической
установки
- Выбрать схему нагрева и охлаждения детали
- Привести эскиз индуктора
-
Дать рекомендации
по выбору частоты
в зависимости
от глубины
закалки.
Толщина
скин-слоя
(1):
(1)
– удельное
электрическое
сопротивление
материала
заготовки
относительная
магнитная
проницаемость,
= 1;
магнитная
постоянная,
=
1,257
–
частота,
Для одновиткового индуктора шаг намотки S равен длине индуктора L.
Времени
нагрева
находим по
формуле (2):
(2)
с.
Толщина
скин-слоя в
зависимости
от частоты тока
,
где
- частота в
:
Запишем толщину скин-слоя в безразмерном виде :
Здесь
–
безразмерный
параметр.
По графику
на рис.3. определим
при
:
Рис.3. Решение задачи нагрева одномерного полубесконечного
тела внутренними источниками теплоты
Зная безразмерную
,
определим
:
По графику
на рис.3 определим
глубину закалки
в безразмерном
виде:
Переведем
в размерный
вид используя
выражение
:
На основе
проведенных
расчетов можно
сделать вывод
о том, что при
увеличении
частоты тока
глубина закалки
уменьшается.
Наилучший
результат был
получен при
при глубине
закалки
или 2.55 мм.
Обычно при
расчетах плотность
мощности
определяется
из условия
заданных
и времени нагрева
по
формуле :
(3)
Из полученных
плотностей
тока выберем
наибольшую,
т.к. она обеспечивает
необходимую
мощность
электромагнитной
энергии на всех
частотах.
Амплитуда
тока
в зависимости
от частоты
:
(4)
Наибольшая
амплитуду тока
в индукторе:
будем выбирать
из соотношения:
,
где
кпд блока
питания;
находится
по формуле:
-длина
индуктора,
равная длине
обрабатываемого
участка
Мощность
технической
установки
Выберем
из ряда мощностей
технической
установки
16;
25; 63; 100; 160
т.е.
Тогда необходимая плотность мощности:
или
В связи с выбором мощности установки необходима коррекция времени и скорости нагрева, а также амплитуды тока:
Из выражения (3) получаем:
с.
Из (2) выражение
для
:
Из выражения (4) для амплитуды тока получаем:
Рекомендации по выбору частоты и режимам нагрева и охлаждения:
Для получения
максимальной
глубины закаленного
слоя рекомендуется
назначить
частоту
равной 10
После закалки рекомендуется применить охлаждение в воде или масле и отпуск для снятия внутренних напряжений при Т =200С.
Обработка дробью применяется для упрочнения разнообразных деталей планера и двигателей летательных аппаратов – лонжеронов, бимсов, монорельсов, деталей шасси, обшивок, панелей, лопаток турбины и компрессора, подшипников и т.д.
Сущность
дробеударного
упрочнения
заключается
в бомбардировке
поверхности
детали потоком
дроби, обладающей
значительны
запасом кинетической
энергии. Источником
энергии дроби
является струя
газа, жидкости,
центробежная
сила или ускорение
силы тяжести.
В зависимости
от типов и
конструктивного
исполнения
технологических
установок
(оборудования)
скорость дроби
может изменяться
от 10 до 100
.
Основным достоинством дробеударной обработки является возможность эффективного упрочнения деталей различной конфигурации, имеющих мелкие надрезы, пазы, галтели и резьбовые поверхности.
Усталостная прочность детали после упрочнения дробью повышается на 15…50% в зависимости от марки материала и режимов упрочнения. Изменения размеров деталей после дробеударного упрочнения незначительны и исчисляются микронами. Поэтому точностные характеристики деталей определяются операциями, предшествующими упрочнению (шлифование, чистовое точение и др.).
Эскиз детали приведен на рис.1.
Деталь изготовлена из стали 12Х2Н4А;
Предел
прочности
Плотность
стекла
Предварительная обработка детали: термоупрочнение и чистовое точение с шероховатостью:
После обработки ППД исходная шероховатость не должна ухудшиться.
Для обработки
резьбы (см. рис.4.)
использовать
стеклянную
дробь. Диаметр
стеклянной
дроби из следующего
ряда: 100; 160; 200; 250
Рис.4. фрагмент резьбы детали
Задача расчета
Расчитать параметры дробеударного упрочнения резьбы и алмазного выглаживания цилиндрической поверхности.
Назначим
диаметр стеклянной
дроби согласно
исходным требованиям
().
Здесь
-диаметр
стеклянной
дроби,
-диаметр
лунки резьбы
(рис.4) .
При пластическом внедрении шарика в поверхность (рис.5.) баланс энергии и работы имеет вид:
(1)
Рис.5. Пластическое внедрение шарика
в поверхность
Здесь:
– масса
шарика:
(2)
–
работа
сил сопротивления:
(3)
После подстановки (2) и (3) в (1)получаем:
отсюда при HB 3В имеем глубину отпечатка:
при
скорость вылета
шарика
:
Глубина упрочненного слоя находится из соотношения:
Если учесть,
что
d,
то площадь
поверхности
отпечатка
шарика диаметром
приблизительно
равна площади
круга с диаметром
d
:
(4)
Из (4) выражение
для
:
глубина
наклепанного
слоя
равна:
Алмазное выглаживание заключается в пластическом деформировании обрабатываемой поверхности скользящим по ней инструментом-выглаживателем, что позволяет получить упрочненную поверхность с низкой шероховатостью и сжимающими остаточными напряжениями, распространяющимися на значительную глубину. При этом в месте контакта инструмент-деталь (в очаге деформирования) происходит локальный переход металла в состояние текучести, в результате чего изменяются характеристики поверхностного слоя, что в итоге повышает сопротивление усталости деталей при эксплуатации.
Назначение
режимов обработки
выглаживания
сводятся к
определению
оптимальных
значений силы
выглаживания
,
радиуса
рабочей
части индентора,
подачи
,
скорости обработки
,
числа рабочих
ходов
.
Критерий выбора радиуса сферы – твердость материала.
Для стали
12Х2Н4А назначим
=
3.4
[2, стр.62].
Оптимальное
значение силы
выглаживания
можно определить
по формуле:
Н
Здесь:
с = 0,008 – коэффициент, учитывающий условия обработки,
–
диаметр
детали,
Рис. 6. Схема деформирования поверхностного слоя
при алмазном выглаживании ( в направлении подачи)
1-микронеровности исходной поверхности; 2- наплыв;
3-выглаживатель; 4- поверхность после выглаживания
Назначим
величину продольной
подачи s
= 0,08
[2, стр.62], тогда
полученная
шероховатость
вычислится
по следующей
формуле:
Параметры шероховатости зависят также от числа рабочих ходов z выглаживателя. С увеличением z до 2…3 параметр шероховатости уменьшается в меньшей степени. При z 4 возможен перенаклеп ПС.
Определим глубину наклепанного слоя по зависимости Серенсена С.В. [2, стр.19]:
,
где d
– диаметр детали;
–
прочность
после упрочнения;
–
прочность
сердцевины;
– глубина наклепанного слоя
=750
– Увеличение
прочности
поверхности
повышается
на 17% по сравнению
с исходной
величиной
прочности [2,
стр. 64] для стали
12Х2Н4А.
Следовательно толщина упрочненного слоя:
Список использованных источников
2. А.К. Карпец, В.С. Белоусов, В.И. Мальцев упрочнение деталей авиационных конструкций ППД: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ. 1995. – 79 с.
НГТУ.1301.02.11 |
||||||||||
Изм | Лист | № докум. | Подпись | Дата | ||||||
Разраб. | Саливанов Д.С. |
Обработка поверхностей деталей летательных аппаратов |
Лит | Лист | Листов | |||||
Пров. | Белоусов В.С. | 2 | 14 | |||||||
С-82 |
||||||||||
Н.конт | ||||||||||
Утв. |
Новосибирский Государственный Технический Университет
Кафедра самолёто- и вертолётостроения
Обработка поверхностей деталей летательных аппаратов
Группа: С-82
Студент: Cаливанов Д.С.
Преподаватель: Белоусов В.С.
Новосибирск
2002