Авиация и космонавтика

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.





смотреть на рефераты похожие на "Обработка поверхностей деталей летательных аппаратов"