Обработка поверхностей деталей летательных аппаратов

Обработка поверхностей деталей летательных аппаратов

Содержание

1. Индукционная поверхностная закалка

1. Общие сведения об индукционном нагреве………………………...3

2. Исходные данные и задача расчета………………………………….3

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

1. Индукционная поверхностная закалка

1. Общие сведения об индукционном нагреве

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: [pic].

2. Исходные данные и задача расчета

Диаметр заготовки [pic]=50 мм.

Длина заготовки подвергаемой закалке [pic]=50 мм.

Материал детали: Углеродистая сталь 12Х2Н4А

[pic]

Рис.1 Эскиз детали

Характеристики материалов:

Плотность стали [pic] [pic]

Удельная теплоемкость [pic] [pic]

Теплопроводность [pic] [pic]

Температуропроводность [pic]=20 [pic]

Удельное электрическое сопротивление [pic]=1.2 [pic]

Характеристики индуктора:

Число витков [pic]

Покрытие Ан.Окс.100 из.

[pic]- сплав (АМГ6)

Удельное электрическое сопротивление (АМГ6) [pic] [pic]

[pic]

Рис.2. Индуктора с деталью

1- индуктор; 2- канал для протока воды; 3-деталь

Температурный режим:

Температура поверхности [pic] [pic]

Минимальная [pic] [pic]

Скорость нагрева [pic] [pic]

Задача расчета:

- Расчитать глубину закаленного слоя на частотах [pic] [pic]

- Необходимую плотность мощности [pic] [pic]

- Амплитуду тока в индукторе [pic] А.

- Мощность технологической установки [pic] [pic]

- Выбрать схему нагрева и охлаждения детали

- Привести эскиз индуктора

- Дать рекомендации по выбору частоты [pic] в зависимости от глубины

закалки.

3. Расчет параметров

Толщина скин-слоя [pic] (1):

[pic] (1)

[pic] – удельное электрическое сопротивление материала заготовки

[pic] относительная магнитная проницаемость, ( = 1;

[pic] магнитная постоянная, [pic]= 1,257 [pic]

[pic]– частота, [pic]

Для одновиткового индуктора шаг намотки S равен длине индуктора L.

Времени нагрева [pic] находим по формуле (2):

[pic] (2)

[pic] с.

Толщина скин-слоя в зависимости от частоты тока [pic], где [pic] - частота

в [pic]:

[pic]

[pic] [pic] [pic] [pic]

[pic] [pic] [pic] [pic]

Запишем толщину скин-слоя ( в безразмерном виде :

[pic]

[pic] [pic]

[pic] [pic]

Здесь [pic]– безразмерный параметр.

По графику на рис.3. определим [pic] при [pic]:

[pic]

Рис.3. Решение задачи нагрева одномерного полубесконечного

тела внутренними источниками теплоты

[pic] [pic]

[pic] [pic]

Зная безразмерную [pic], определим ( :

[pic]

[pic] [pic]

[pic] [pic]

По графику на рис.3 определим глубину закалки [pic] в безразмерном виде:

[pic] [pic]

[pic] [pic]

Переведем [pic] в размерный вид используя выражение [pic]:

[pic] [pic] [pic] [pic]

[pic] [pic] [pic] [pic]

На основе проведенных расчетов можно сделать вывод о том, что при

увеличении частоты тока [pic] глубина закалки уменьшается. Наилучший

результат был получен при [pic][pic] при глубине закалки [pic] [pic] или

2.55 мм.

Расчет плотности мощности.

Обычно при расчетах плотность мощности [pic]определяется из условия

заданных [pic] и времени нагрева [pic]по формуле :

[pic] (3)

[pic] [pic] [pic][pic]

[pic][pic] [pic][pic]

Из полученных плотностей тока выберем наибольшую[pic][pic],

т.к. она обеспечивает необходимую мощность электромагнитной энергии на

всех частотах.

Расчет амплитуды тока в индукторе.

Амплитуда тока [pic] в зависимости от частоты [pic]:

[pic] (4)

[pic] [pic] [pic] [pic]

[pic] [pic] [pic] [pic]

Наибольшая амплитуду тока в индукторе: [pic] [pic]

Расчет мощности технологической установки.

[pic] будем выбирать из соотношения:

[pic],

где [pic] кпд блока питания;

[pic] находится по формуле:

[pic]-длина индуктора, равная длине обрабатываемого участка

[pic]

[pic]

Мощность технической установки [pic] [pic]

Выберем[pic] из ряда мощностей технической установки [pic]16; 25; 63; 100;

160 [pic]

т.е. [pic] [pic]

Тогда необходимая плотность мощности:

[pic]

или

[pic] [pic]

В связи с выбором мощности установки необходима коррекция

времени и скорости нагрева, а также амплитуды тока:

Из выражения (3) получаем:

[pic]

[pic]с.

Из (2) выражение для [pic]:

[pic]

[pic] [pic]

Из выражения (4) для амплитуды тока получаем:

[pic] [pic]

Рекомендации по выбору частоты и режимам нагрева и охлаждения:

Для получения максимальной глубины закаленного слоя рекомендуется

назначить частоту [pic] равной 10 [pic]

После закалки рекомендуется применить охлаждение в воде или масле и отпуск

для снятия внутренних напряжений при Т =200(С.

2.Упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием.

2.1 Общие положения.

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 [pic].

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.).

2.2 Исходные данные и задача расчета

Эскиз детали приведен на рис.1.

Деталь изготовлена из стали 12Х2Н4А;

Предел прочности [pic] [pic]

Плотность стекла [pic][pic]

Предварительная обработка детали: термоупрочнение и чистовое точение с

шероховатостью:

[pic][pic]

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 [pic]

[pic]

Рис.4. фрагмент резьбы детали

Задача расчета

Расчитать параметры дробеударного упрочнения резьбы и алмазного

выглаживания цилиндрической поверхности.

2.3. Расчет параметров дробеударного упрочнения резьбы.

Назначим диаметр стеклянной дроби согласно исходным требованиям

([pic]<[pic]). Здесь [pic]-диаметр стеклянной дроби, [pic]-диаметр лунки

резьбы (рис.4) .

[pic]

[pic][pic]

При пластическом внедрении шарика в поверхность (рис.5.) баланс

энергии и работы имеет вид:

[pic][pic] (1)

[pic]

Рис.5. Пластическое внедрение шарика

в поверхность

Здесь:

[pic] – масса шарика:

[pic][pic][pic][pic] (2)

[pic]– работа сил сопротивления:

[pic] (3)

После подстановки (2) и (3) в (1)получаем:

[pic]

отсюда при HB ( 3(В имеем глубину отпечатка:

[pic]

при [pic] скорость вылета шарика[pic]:

[pic]

[pic] [pic]

Глубина упрочненного слоя находится из соотношения:

[pic]

Если учесть, что [pic]((d, то площадь поверхности отпечатка шарика

диаметром [pic] приблизительно равна площади круга с диаметром d :

[pic] (4)

Из (4) выражение для [pic]:

[pic]

[pic][pic]

глубина наклепанного слоя [pic] равна:

[pic]

[pic][pic] [pic]

2.4 Расчет параметров алмазного выглаживания цилиндрической части.

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 [pic], радиуса

[pic]рабочей части индентора, подачи [pic], скорости обработки [pic], числа

рабочих ходов [pic].

Критерий выбора радиуса сферы – твердость материала.

Для стали 12Х2Н4А назначим [pic]= 3.4 [pic] [2, стр.62].

Оптимальное значение силы выглаживания[pic] можно определить по формуле:

[pic]

[pic] Н

Здесь:

с = 0,008 – коэффициент, учитывающий условия обработки,

[pic]– диаметр детали,

[pic]

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 [pic] [2, стр.62], тогда

полученная шероховатость[pic]вычислится по следующей формуле:

[pic]

[pic] [pic]

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]:

[pic], где d – диаметр детали;

[pic]– прочность после упрочнения;

[pic]– прочность сердцевины;

( – глубина наклепанного слоя

[pic]=750 [pic]

[pic][pic] – Увеличение прочности поверхности повышается на 17% по

сравнению с исходной величиной прочности [2, стр. 64] для стали 12Х2Н4А.

Следовательно толщина упрочненного слоя:

[pic]

Список использованных источников

1. Саливанов Д.С. конспект лекций по курсу Белоусова В.С. «Обработка

поверхностей деталей ЛА», 2002.

2. А.К. Карпец, В.С. Белоусов, В.И. Мальцев упрочнение деталей авиационных

конструкций ППД: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ. 1995. – 79 с.