Реферат: Обработка поверхностей деталей летательных аппаратов
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
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: />.
Исходные данные и задача расчета
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.
Расчет параметров
Толщина скин-слоя />(1):
/>(1)
/>– удельное электрическое сопротивление материала заготовки
/>относительная магнитная проницаемость, = 1;
/>магнитная постоянная, />= 1,257 />
/>– частота, />
Для одновиткового индуктора шаг намотки Sравен длине индуктора L.
Времени нагрева />находим по формуле (2):
/>(2)
/>с.
Толщина скин-слоя в зависимости от частоты тока />, где /> — частота в />:
/>
/>/>/>/>
/>/>/>/>
Запишем толщинускин-слояв 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.
--PAGE_BREAK--Расчет плотности мощности.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.
Расчет амплитуды тока в индукторе.Амплитуда тока />в зависимости от частоты />:
/>(4)
/>/>/>/>
/>/>/>/>
Наибольшая амплитуду тока в индукторе: />/>
Расчет мощности технологической установки./>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.
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 />.
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 расчетаЭскиз 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.
продолжение--PAGE_BREAK--2.3. Расчет параметров дробеударного упрочнения резьбы.
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 HB3В 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:
/>
/>/>/>
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 />, 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 zвыглаживателя. С увеличением zдо 2…3 параметр шероховатости уменьшается в меньшей степени. При z4 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
продолжение--PAGE_BREAK--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.