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]