Файл: Оборудование и технология ппд методом ультразвуковой обработки.pdf

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. Г.И. НОСОВА»
(ФГБОУ ВО «МГТУ им Г.И. Носова»)
Кафедра машин и технологий обработки давлением и машиностроения
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине Восстановление и упрочнение деталей машин___________________________ на тему: Оборудование и технология ППД методом ультразвуковой обработки____________
Исполнитель: _ _ студент _3_курса, группа_ _
(Ф.И.О.)
Руководитель: _ _
(Ф.И.О. должность, уч. степень, уч. звание)
Работа допущена к защите «____» __________________ 2023г. ______________________________
(подпись)
Работа защищена «____» ________________ 2023г. с оценкой ______________ _________________
(оценка) (подпись)
Магнитогорск, 2023

2
Содержание
Содержание .............................................................................................................. 2
Введение ................................................................................................................... 3 1. Поверхностное пластическое деформирование методом ультразвуковой обработки. ............................................................................................................. 5 2. Преимущества и недостатка УЗО ППД. ...................................................... 8 3. Основные параметры УЗО ППД. ................................................................. 9
Заключение ............................................................................................................ 10
Список использованной литературы ................................................................... 11

3
Введение
Поверхностное пластическое деформирование (ППД) – это обработка деталей давлением (без снятия стружки), при которой пластически деформируется только их поверхностный слой.
ППД осуществляется инструментом, деформирующие элементы которого (шарики, ролики или тела иной конфигурации) взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью по схемам качения, скольжения или внедрения.
К способам поверхностного упрочнения относятся: поверхностное пластическое деформирование (ППД); химико-термическая обработка
(цементация; нитроцементация; азотирование); закалка с индукционным нагревом (ТВЧ); лазерная закалка, ультразвуковая обработка.
ППД может осуществляться чеканкой, обдувкой дробью, обкаткой роликами, шлифованием, а также алмазным выглаживанием. Показателями
ППД являются степень наклепа (повышение твердости поверхности по сравнению с исходным состоянием), толщина упрочненного слоя.
ППД наиболее эффективно для упрочнения конструктивных концентраторов напряжений – галтелей, проточек, шпоночных канавок, шлицев, острых кромок и фасок отверстий.
Применяется ППД самостоятельно и в сочетании с ХТО или с индукционным нагревом (после них). Так, известно, что после цементации должна проводиться шлифовка деталей для удаления поверхностного обезуглероженного слоя, что снижает уровень напряжений сжатия в слое. Для компенсации этого снижения после шлифования проводится операция ППД.
При поверхностном упрочнении за счет химико-термической обработки необходимо создавать слой, глубина которого h сж превышает глубину концентратора напряжений в детали (h конц
). Только в этом случае влияние концентратора напряжений как бы исключается, т.к. трещина усталости зарождается внутри детали.

4
Значительное повышение предела выносливости происходит в результате азотирования сталей.
При ППД в результате деформационного упрочнения поверхностного слоя, возникновения в нем сжимающих остаточных напряжений, сглаживания неровностей и улучшения их профиля повышается прочность деталей при циклических нагрузках в 1,5-2,5 раза, а долговечность в 5-10 раз и более.
В соответствии с общепринятой классификацией различают статические и динамические методы ППД. К статическим методам относят: калибровку отверстий, дорнование, обкатывание (раскатывание), выглаживание. Из динамических методов широко известны: вибрационное обкатывание и выглаживание, упрочняющая чеканка, дробеструйная обработка.

5
1. Поверхностное пластическое деформирование методом
ультразвуковой обработки.
От обычного выглаживания метод ППД ультразвуковым инструментом отличается тем, что инструмент совершает колебания с ультразвуковой частотой.
Амплитуда колебаний поляризована в плоскости, перпендикулярной обрабатываемой поверхности детали. В процессе обработки инструмент прижимается к обрабатываемой поверхности с постоянной силой F
N
. Как и при обычном выглаживании перемещение инструмента по поверхности осуществляется путем вращения детали со скоростью V
R
и перемещения его вдоль образующей со скоростью V
S
При малой амплитуде колебательных смещений пластическая деформация определяется суммой среднего значения напряжений. При увеличении амплитуды свыше критического значения происходит переход от гармонического к ударному режиму ППД. В течение определенной части периода контакт между инструментом и обрабатываемой поверхностью отсутствует, зато в момент контакта мгновенные напряжения существенно выше средних, что ведет к значительно большей пластической деформации, чем при обычном выглаживании.
Таким образом, появление высоких импульсных механических напряжений при сравнительно малых средних напряжениях является отличительным признаком ультразвукового ППД.
Если оставить постоянным зазор между колеблющимся торцом ультразвукового инструмента и обрабатываемой поверхностью (рис. 1) и в этот зазор поместить деформирующий элемент, то поверхностное пластическое деформирование будет осуществляться путем передачи импульса деформирующим элементом, полученным при последовательных соударениях его с торцом ультразвуковой колебательной системы, а затем с обрабатываемой поверхностью.
Схема устройства, позволяющего осуществить ППД деталей сложной формы (например, лопаток турбореактивного двигателя), приведена на рис. 1а.

6
Обрабатываемую деталь и деформирующие элементы в виде дроби помещают в специальную камеру, стенки которой (оболочки) колеблются с ультразвуковой частотой. Пластическое деформирование поверхности происходит в результате удара деформирующих элементов, которые получают энергию от соударения с колеблющейся поверхностью оболочки.
При обработке деталей, имеющих большую поверхность с малым радиусом кривизны, используется схема обработки, согласно которой упрочнение ведется деформирующими элементами, которые находятся в замкнутом объеме (рис. 1б). Этот объем образован обрабатываемой поверхностью, торцом ультразвукового волновода и стенками специального приспособления. Деформирующие элементы могут свободно перемещаться в этом пространстве.
Рисунок 1 - Схема ультразвукового поверхностного упрочнения
(ультразвуковой виброударной обработки) деталей сложной формы (а) и деталей с плоской поверхностью (б): 1 — деталь; 2 — деформирующие элементы; 3 — излучатель; 4 — ультразвуковой преобразователь; 5 — генератор; б — корпус приспособления
Таким образом, ультразвуковые методы ППД можно разделить на следующие группы:

7
 Ультразвуковое выглаживание. Обработка ведется при постоянной силе прижима в системе «обрабатываемая поверхность — деформирующий элемент — ультразвуковая колебательная система».
 Ультразвуковая виброударная обработка. Обработка ведется при наличии зазора
(отсутствии постоянного прижима) в системе
«обрабатываемая поверхность — деформирующий элемент — ультразвуковая колебательная система».
Для обоих случаев в зависимости от количества элементов различают одно- и многоэлементную обработку.
Наиболее широкое распространение получил метод ультразвукового выглаживания. Этот метод является финишным методом обработки деталей правильной геометрической формы при исходной шероховатости R
a
= 5 - 8мкм
(для стали), которая характеризует качество поверхности, полученное в процессе предыдущих технологических операций.

8
2. Преимущества и недостатка УЗО ППД.
Сущность ультразвуковой обработки (УЗО) ППД в том, что инструменту при обкатывании и выглаживании сообщаются колебания с УЗ частотой (18-24 кГц), направленные нормально к обрабатываемой поверхности. Преимущества УЗО:
1. Малая статическая сила, что позволяет обрабатывать неравнопрочные и нежёсткие заготовки.
2. Скорость деформирования превышает значение 3м/с, что значительно выше, чем при обычном обкатывании или выглаживании.
3. Среднее давление на поверхность в 3-9 раз больше, чем при обкатывании или выглаживании.
4.Температура в зоне контакта 100-150°С.
5. Степень деформации поверхностного слоя заготовки на 20-50-% выше, чем при обкатывании или выглаживании.
6. Сжимающие О.Н. на 20-50% больше.
7.Кратность приложения силы - более 400 раз.
Недостатки УЗО:
1. Большая энергоёмкость метода.
2. Необходимость дополнительных площадей для размещения генераторов.
3. Необходимость системы циркуляции охлаждающей жидкости.
4. Сложность устройства и обслуживания оборудования.
УЗО ППД применяют для обработки углеродистых инструментальных, подшипниковых, коррозийно-стойких сталей, твёрдых сплавов, деталей малой и неравномерной жёсткости.

9
3. Основные параметры УЗО ППД.
1. Статическая сила Рст. 300Н.
2. Амплитуда колебаний А до 20мкм.
3. Радиус деформирующего инструмента до 6 мм.
4. Частота колебаний 18-24кГц.
5.Эффективная масса инструмента.
6.Продольная подача.
7.Число рабочих ходов - не более 2.
8.Скорость вращения детали 0,5-2м/с.
Влияние этих параметров на показатели качества поверхностного слоя:
При УЗО ППД ускорение инструмента достигает значения а=2,4∙10 м
2
/с.
Для преобразования электромагнитных колебаний в механизмах служат магнитострикционные и пьезокерамические преобразователи.
Преобразователь передаёт колебания через концентратор, который может быть коническим, ступенчатым, экспоненциальным, преобразователь для обработки отверстий.
Деформирующий элемент изготавливают из алмаза,
СТМ, подшипниковых сталей.
УЗО ППД имеет невысокую производительность, поэтому её в основном применяют в единичном, мелкосерийном типах производства.
Преобразователь устанавливают на универсальных металлорежущих станках или используют специальное оборудование.

10
Заключение
Проблема создания эффективных методов упрочнения поверхностей деталей является одной из самых важных в машиностроении. Большинство деталей работает в условиях интенсивного износа, при высоких контактных нагрузках и неблагоприятных условиях воздействия окружающей среды.
Одним из наиболее эффективных способов упрочнения является ультразвуковое поверхностное пластическое деформирование.

11
Список использованной литературы
1.
Григорьев С. Н., Табаков В. П., Волосова М. А. Технологические методы повышения износостойкости контактных площадок режущего инструмента [Текст]. - Старый Оскол: ТНТ, 2011. – 378с.
2.
Муханов И.И., Голубев Ю.М. Упрочнение стальных деталей шариком, вибрирующим с ультразвуковой частотой [Текст]. – вестник машиностроения. – 1966. - №11. – с. 52-53.
3.
Приходько В.М. [и др.]. Технологическое применение ультразвука в транспортном машиностроении
[Текст].
-
М.:
Издательство
«Техполиграфцентр», 2007. – 112с.
4.
Смелянский В. М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием [Текст]. - М.: Машиностроение, 2002. –
300с.