Содержание к диссертации
Введение
Анализ состояния вопроса и задачи исследования 7
1.1. Поверхностное пластическое деформирование как способ повышения усталостной прочности и долговечности деталей 7
1.2. Сущность дробеструйной обработки и напряженно-деформированное состояние поверхностных слоев 13
1.3. Режимы дробеструйной обработки 18
1.4. Устройства для дробеструйного упрочнения и контроль технологического процесса обработки 21
1.5. Выводы и задачи исследования 29
Разработка модели работы эжектора 31
2.1. Математическая модель эжектора 31
2.2. Алгоритм расчёта эжектора 34
2.3 Определение оптимальных геометрических параметров эжектора 38
Выводы по второй главе , 48
Экспериментальное исследование расходно-скоростных характеристик эжектора и эффективности упрочне ния 49
3.1. Экспериментальная установка и методика определения рабочих характеристик эжектора 49
3.2. Соотношения между режимами обработки дробью и деформационными изменениями обработанной пластины 53
Методика определения скорости дробеструйного потока по измеренной стреле прогиба односторонне обработанного плоского образца 58
Экспериментальное исследование расходно-скоростных характеристик дробевоздушной смеси 60
Опытно-промышленная установка для исследования техно логических возможностей обработки и методика проведе ния экспериментов 67
Выбор режимов обработки 72
Остаточные напряжения и глубина их залегания 77
Исследование усталостной прочности 80
Выводы по третьей главе 82
Внедрение результатов исследований в серийное произ водство 84
4.1 Подбор номенклатуры упрочняемых деталей 84
4.2 Разработка, изготовление и отладка установки для дробест руйного упрочнения 87
4.3Разработка технологического процесса упрочнения 92
4.4Разработка технических условий и производственных инст рукций по пневмодробеструйному упрочнению 96
Выводы по четвертой главе 99
Общие выводы по работе 100
Список литературы 103
Приложения Ill
- Сущность дробеструйной обработки и напряженно-деформированное состояние поверхностных слоев
- Алгоритм расчёта эжектора
- Соотношения между режимами обработки дробью и деформационными изменениями обработанной пластины
- Разработка, изготовление и отладка установки для дробест руйного упрочнения
Введение к работе
Актуальность работы. Современный самолет представляет собой сложнейшую техническую систему, состоящую из множества самостоятельных, но взаимосвязанных сложнейших подсистем. Одной из таких подсистем является гидравлическая система самолета.
Гидросистема самолета включает в себя большое разнообразие функциональных устройств, связанных между собой трубопроводами и соединительными элементами, которые должны иметь малый вес и к которым предъявляются высокие требования по герметичности, прочности, надежности и ресурсу. Поэтому изготавливаются данные элементы из легких высокопрочных материалов (титановых сплавов и сталей) и обрабатываются технологическими методами, обеспечивающими высокие эксплутационные показатели получаемых деталей.
Ресурсные показатели отдельных деталей в большинстве случаев определяются качеством поверхностных слоев, с которых начинаются усталостные разрушения деталей. К основным параметрам качества поверхностных слоев относятся микрогеометрия, наклеп и поверхностные остаточные напряжения. Эти параметры в большинстве случаев хорошо управляются путем применения методов отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД).
К методам ППД относятся вибрационные, дробеструйные, шарико-центробежные, пневмодинамические способы и другие. Сущность методов ППД состоит в воздействии на поверхности деталей ударов шариков или дроби с формированием в результате такого воздействия благоприятной структуры поверхностных слоев, что приводит к повышению усталостной долговечности обработанных деталей в 2 … 4, а иногда и более раз. Это обуславливает постоянно возрастающее использование методов ППД в самолетостроении, где проблема малого веса конструкции самолета, его надежности и ресурса наиболее актуальна.
Обработка ППД может вестись как по всем, так и по отдельным поверхностям деталей. В последнем случае она называется местной упрочняющей обработкой, и область ее применения обычно ограничивается поверхностями, с которых начинается усталостное разрушение, т.е. зонами концентрации напряжений. По существу, местное упрочнение обеспечивает «равнопрочность» всех поверхностей, образующих деталь.
Для местного упрочнения обычно используют легко управляемые по зонам воздействия ударов шариков или дроби методы ППД. В этом плане наиболее предпочтительным является пневмодробеструйный метод, что и обусловило его выбор в качестве объекта исследования и актуальность данной диссертационной работы с учетом того, что дробеструйное упрочнение по ряду поверхностей деталей трубопроводов авиационных гидросистем является обязательным требованием конструкторской документации.
Цель работы
Оценить технологические возможности пневмодробеструйной обработки на установках эжекционного типа, разработать и внедрить оборудование и технологический процесс для упрочнения арматуры трубопроводов авиационных гидросистем.
Задачи работы. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Разработка модели расчета газодинамических параметров эжектора для дробеструйных установок пневматического типа, с использование которой установлены оптимальные соотношения проходных сечений эжектора.
2. Разработка и изготовление экспериментальной установки для исследования работы эжектора и опытно-промышленной установки для исследования расходно-скоростных характеристик дробеструйного потока и их влияния на остаточное НДС обрабатываемых поверхностей.
3. Проведение экспериментальных исследований влияния режимов дробеструйной обработки на остаточное НДС обработанных поверхностей и на малоцикловую усталость упрочненных образцов.
4. Разработка, изготовение и внедрение промышленной установки для дробеструйной обработки, а также внедрение технологического процесса упрочнения деталей гидроарматуры самолетов ТУ-160 и ТУ-214 на ФГУП «КАПО им. С.П.Горбунова».
Научная новизна работы состоит с следующем:
-
Разработана модель расчета газодинамических характеристик эжекционного аппарата установки для пневмодробеструйного упрочнения и предложены методика и алгоритм выбора оптимальных геометрических соотношений диаметра рабочего сопла и камеры смешения эжектора.
-
Разработаны два косвенных метода определения скорости дробинок в пневмодробеструйном потоке. Один из методов позволяет определить скорость дробинок в камере смешения эжектора, а второй – в момент соударения с поверхностью детали.
-
Разработана и изготовлена экспериментальная установка, позволяющая опытным путем решить большой комплекс задач по исследованию пневмо и дробеструйных характеристик эжекционных аппаратов.
Практическая ценность
-
Сформулированы рекомендации по выбору основных геометрических параметров эжектора. Разработана конструкция и изготовлен эжектор для установок пневмодробеструйного упрочнения
-
Разработаны и изготовлены две установки эжекционного типа: одна для проведения экспериментальных исследований эжекционных аппаратов, а вторая – для исследований технологических возможностей пневмодробеструйной обработки.
-
Установлены реальные расходно-скоростные характеристики потока дроби в установках эжекционного типа.
-
Определены параметры качества поверхностных слоев и малоцикловая прочность образцов из высокопрочных титановых сплавов, упрочненных пневмодробеструйным способом.
-
Разработаны и внедрены оборудование и технологический процесс упрочнения деталей, изготовленных из высокопрочных титановых сплавов, трубопроводов авиационных гидросистем.
Реализация в промышленности
-
Разработана, изготовлена и внедрена в серийное производство на ФГУП «КАПО им.С.П.Горбунова» установка УУСП-8 для пневмодробеструйного упрочнения деталей шариками из нержавеющей стали диаметром 02…0,8 мм.
-
Разработан и внедрен в серийное производство технологический процесс ТУ-01-71 упрочнения на установке УУСП-8 деталей арматуры трубопроводов из титановых сплавов изделий ТУ-214 и ТУ-160.
-
По внедренному технологическому процессу на установке УУСП-8 обрабатываются в соответствии с требованиями чертежа 6 наименований деталей изделия ТУ-214 и 87 наименований изделия ТУ-160.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международных научно-практических конференциях «Инновационные технологии в проектировании, производстве и испытаниях изделий машиностроения» (г.Казань, 2004), «Авиакосмические технологии и оборудование» (г.Казань, 2004), на Девятой Международной конференции «Технология 2005» (г.Братислава, 2005), на XVIII Всероссийской Международной научно-технической конференции «Электромеханические внутрикамерные процессы в энергетических установках. Струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (г.Казань, 2006).
В полном объеме работа докладывалась на расширенном заседании кафедр «Технологии производства двигателей и технологии машиностроения; металлорежущих станков и инструментов; инновационного менеджмента». (г.Казань. 2006).
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в четырех публикациях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и трех приложений. Работа изложена на 108 страницах, содержит 35 рисунков, 10 таблиц, 94 .наименований литературы.
Сущность дробеструйной обработки и напряженно-деформированное состояние поверхностных слоев
Обработка деталей ударами шариков или дроби представляет собой процесс локальной обработки поверхности давлением, при котором в условиях сложного нагружения пластически деформируется только поверхностный слой. Его формирование начинается с образования единичных отпечатков (следа, оставленного каждой дробинкой), которые после определенной продолжительности воздействия потока дробинок превращаются в примыкающие друг к другу следы или серии отпечатков, обуславливающих определенное напряженно-деформированное состояние (НДС) по толщине. Единичный отпечаток является как бы начальной формой обработанной поверхности или «отправной точкой» в задаче определения остаточного НДС поверхностных слоев.
К показателям деформированного состояния поверхностных слоев обычно относят следующие: dwh- диаметр и глубина единичного отпечатка или их относительные отношения, называемые степенью поверхностной деформации d/D, h/d или h/D, где D -диаметр дробинки; h пл. - толщина пластически деформированного слоя измеряемая как расстояние от обрабатываемой поверхности до точки по глубине, в которой интенсивность деформаций не превышает заданного допуска (обычно величины 0,002, соответствующей пределу текучести обрабатываемого материала); / - интенсивность ( градиент) распределения относительных деформаций по толщине пластически деформированного слоя. В большинстве работ, связанных с исследованиями процессов обработки дробью в качестве показателя поверхностной деформации используется критерий d/D или h/D. [19, 20, 24, 30, 44, 56, 60 и др.].
Параметр h/d как показатель степени остаточной деформации единичного отпечатка применяется при сравнении очага деформации материалов с различ ными упруго-пластическими свойствами или разными условиями деформирования [60]. Для конкретных материалов и условий обработки между всеми показателями поверхностной деформации существует тесная корреляционная связь, и принятие любого из них не имеет принципиального значения. Данные показатели используются в качестве оценки внешнего проявления удара каждой дробинки в зависимости от импульса ее воздействия или её кинетической энергии.
Параметры поверхностной деформации определяют остаточную микрогеометрию обработанной поверхности, толщину пластически деформированного слоя и интенсивность распределения остаточных деформации по толщине
Толщина пластически деформированного слоя при обработке дробью является одним из самых важных показателей, обуславливающих упрочняющий эффект обработки, поэтому только этот параметр был объектом рассмотрения в данной диссертационной работе. Для его определения при обработке ППД используется множество теоретических и экспериментальных решений [4, 7, 10, 11, 15, 18, 19, 20, 25, 27, 29, 89 и др.], из которых наиболее часто цитируемым является решение С.Г.Хейфеца [70], дающее наилучшее совпадение с практикой.
Однако, для процесса обработки дробью данное решение неприемлемо из-за трудности определения усилия взаимодействия дробинки с поверхностью. По этой причине И.В.Кудрявцев [30] предлагает определять толщину пластически деформированного слоя по формуле: где к[.г коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала (для сталей .,=1,5).
Аналогичные зависимости, но с видоизмененными параметрами поверхностной деформации предлагаются в работах [20,24, 54, 60]. где кт - постоянный коэффициент, равный для стали 5,5 [20], а для алюминиевых сплавов - 5,8 [54, 60].
Корректировка формул (1.1), (1.2) с учетом кривизны контактируемых тел дана в работах [20,24,33, 40, 49]. Показано, что контактное взаимодействие тел произвольной кривизны может быть смоделировано взаимодействием шара приведенного радиуса кривизны с плоскостью.
Особенностью формул (1.1), (1.2) является их простота. Однако, из-за малости размеров дробинок, обычно используемых при дробеструйной упрочняющей обработке (обычно D 1,4 мм) измерение диаметра, а тем более глубины единичного остаточного отпечатка становится и технически и метрологически более сложной задачей, нежели прямое экспериментальное определение толщины пластически деформируемого слоя.
Из методов непосредственного (прямого) определения толщины пластически деформированного слоя при обработке ППД наибольшее распространение имеет метод измерения микротвердости и рентгенографический. Сущность обоих методов заключается в послойном стравливании поверхностных слоев и в определении на каждом слое либо значения микротвердости [4, 7], либо характера линий на рентгенограммах [62].
Первый метод является очень грубым при малых толщинах пластически деформируемого слоя и большом градиенте изменения деформацией по толщине, что присуще дробеструйной обработке. Поэтому в наших исследованиях будет использован рентгенографический метод определения толщины пластически деформированного слоя.
Из параметров напряженного состояния, обуславливающих упрочняющий эффект ППД, наибольшее значение имеет характер и глубина распространения (эпюра) поверхностных сжимающих остаточных напряжений. Сжимающим остаточным напряжением в поверхностных слоях «приписывают» основную роль в обеспечении более высоких ресурсных характеристик деталей, обработанных ППД. Поэтому их изучение находит должное отражение практически во всех работах, связанных с исследованиями процессов поверхностного наклепа и принципиально приводимые в них решения делятся на две категории: аналитические и эмпирические.
Разработке аналитически методов определения остаточных напряжений при обработке деталей ППД посвящено множество работ отечественных и зарубежных исследований. К ним, в первую очередь относятся работы М.М. Са-верина [56], М.С.Дрозда [20], А.Н.Овсеенко [43], В.А.Смирнова [58, 59, 61], С.А.Букатого [8, 9], С.Т.С.Эль-Хасани [74, 75], А.Нику-Лари [89, 90] и других. Объединяющим началом всех теоретических исследований является их основа -метод «источника напряжений», т.е. та причина, которая обуславливает возникновение сжимающих остаточных напряжений в поверхностных слоях. В этом плане, у всех исследователей разногласий нет, т.е. все считают, что причиной или «источником напряжений» является локальность («точечность») деформирования поверхностных слоев.
Различие в подходах аналитического определения остаточных напряжений начинается с аналитической формы записи «источника напряжений» и исходных предпосылок его установления. В одних случаях это сводится к единичному отпечатку, например, в работах [22, 58], а в других случаях - к регистрации объемных изменений односторонне обработанных стандартных пластин [58, 74] или к разности напряжений от объемных деформаций и поверхностной обработки [8,43]. Подтверждением того или иного теоретического подхода, безусловно, являются результаты экспериментальных исследований, которые используются во многих работах, связанных с изучением ППД [5, 17, 18, 21, 23, 25, 28, 32, 45, 67, 80, 85, 90 и др.).
Алгоритм расчёта эжектора
При проведении расчётов считаем известными Роь все геометрические размеры эжектора, а также полагается, что Xi =1, Р02ИР4 равным атмосферному давлению, а Тої и Т02 равным 300 К. Данные допущения позволяют проводить расчёты без использования уравнения сохранения энергии (2.2). В этом случае в = 1,Т[ =Т : =Т 3. Требуется определить Х2, А,3, А.4, Р з. Зная их, можно вычислить и все другие газодинамические параметры воздушного потока в контрольных сечениях. При решении уравнений воспользуемся методом половинного деления, предварительно приведя уравнение (2,14) к виду Зададим некоторые малые числа є= 0,0001 и =0,0001. Шаг 0. Зададимся значением А = Я2 = 0,001 и вычислим q(X по формуле (2.12), а Р2по формуле (2.21). По формуле (2.18) определим для данного значения Я-2 коэффициент эжекции п. Шаг 1. Зададимся значением а = Яз 0,001 и b = Яз = 1 и вычислим для них по формуле (2.12) q(Xj), а по уравнению (2.17) Р з- Зная Яз и Р 3 определим по формуле (2.21) Р3. Подставим полученные величины в уравнение (2,23) и вычислим f(a) и f(b). Шаг 2. Если значение f(a) є или f(b) є, то для расчётов параметров потока на выходе из эжектора переходим к шагу 6. ШагЗ. Вычисляем с = A3 =0,5 (а+Ь), Вычисляем по формуле (2,12) С[(Лз), по уравнению (2.17) Р з- Зная Яз и Р 3 определим по формуле (2.21) Рз-Подставив полученные величины в уравнение (2.23) вычислим f(c). Шаг4, Если значение f(c) s, то для расчётов параметров потока на выходе из эжектора переходим к шагу 6. Шаг 5. Если f (a) f (с) 0, положим b = c,f(b)=f(c) и вернёмся к шагу 3; иначе положим а=с, f (а)= f (с) и также вернёмся к шагу 3. Шаг б. По формуле (2.20) определим q(A4), а затем по таблицам газодинамических функций или численно определяем А4, далее по формуле (2.22) вычисляем Р4. Шаг 7. Если отличие ДР4 = Р4 — 1 атм. 8, то переходим к шагу 13. В противном случае, вычисление ведем по шагам 8 ...12. Шаг 8. Задаёмся значением Б = Л2 = 1 и вычислим q(A по формуле (2.12), аР2по формуле (2.21). По формуле (2.18) определим для данного значения А2 коэффициент эжекции п. Шаг 9. Повторяем последовательность вычислений с шага 1 по шаг 7. Шаг 10, Вычисляем С = Х2 =0,5 (А+Б) и вычислим q(Az) по формуле (2,12), э.Р2по формуле (2.21). По формуле (2.18) определим для данного значения Лг коэффициент эжекции п. Шаг 11. Повторяем последовательность вычислений с шагаї по шаг 7. Шаг 12. Если ДР4(А) ДР4(С) 0, положим Б=С и вернёмся к шагу 1; иначе положим А=С, ДР4(А)= АР С) и также вернёмся к шагу 1. Шаг 13. На этом шаге итерационный процесс заканчивается, определяются вторичные параметры, такие как скорость, плотность, температура по следующим формулам:
Расчет по предложенному алгоритму будет использован в разд. 2.3 при установлении оптимальных геометрических параметров эжектора, а также в главе 3 при сравнении расчетных и экспериментальных расходно-скоростных характеристик эжектора.
Задачей проводимых расчётов является определение оптимальных геометрических параметров эжектора (диаметра сопла эжектора d, диаметра конфу-зора на срезе сопла эжектора d2 и диаметра цилиндрической части камеры смешения dj), которые бы позволили при дробеструйном упрочнении деталей получить его наилучшие расходно-скоростные параметры по эжектируемому и выходному потоку воздушной среды в зависимости от начального давления воздуха Р01 (на входе в эжектор).
При проведении расчетов основным критерием выбора оптимальных газодинамических и геометрических параметров эжектора принят - максимальный импульс эжектируемого воздушного потока на выходе из эжектора. На рис.2.2 показано влияние изменения Р(1! и диаметра сопла d/ на импульс эжектируемого воздуха J для эжектора с цилиндррическои камерой смешения диаметром d3=\0 мм при давлениях Р(И 0,5 мПа и 0,ЗмПа.
На рисунке видно, что с увеличением давления сжатого воздуха Р0/ и диаметра сопла d, импульс эжектируемого воздуха увеличивается, принимая максимальные значения, зависящие как от Р01 , так и от d,. Наличие максимума связано с наступлением критического режима работы эжектора. Увеличение d} сверх его некоторого значения приводит к уменьшению расходов эжектируемого воздуха, а в дальнейшем и к запиранию эжектора. Также видно, что при различных начальных параметрах эти величины имеют различные значения. К примеру, при давлении сжатого воздуха 0,3 мПа максимальный расход импульс эжектируемого воздуха достигается при диаметре сопла Й?,=5,5 мм, а при давлении 0,5 мПа di - 4,5 мм. Аналогична ситуация, когда при различных геометрических параметрах, максимальный импульс эжектируемого воздуха устанавливается при разных давлениях перед соплом эжектора. какая величина геометрического параметра, к примеру - di, является оптимальная, если её значение меняется от давления Рої и других параметров?
Для решения данного вопроса можно воспользоваться известным методом рационального планирования эксперимента изложенного в работе [48]. Данный метод разработан для случая, когда при большом количестве влияющих факто ров неизвестны аналитические зависимости и требуется их установить эмпирически. Метод позволяет получить зависимость влияния каждого параметра при усреднении влияния других параметров.
В нашем случае математическая модель работы эжектора определена. Но она определена в виде системы уравнений, которая не позволяет в явном виде выделить влияние какого-либо параметра и определить оптимальную его величину не учитывая при этом влияние других параметров.
На первом этапе специально подбирают минимально не повторяющиеся комбинации параметров эжектора, которые бы позволили равномерно охватить весь возможный диапазон изменения параметров и их комбинаций. Так, для четырёх параметров, каждый из которых имеет 5 значений, количество возможных комбинаций будет 625. При рациональном планировании количество минимально возможных неповторяющихся комбинаций будет всего 25. На рисунке 2.3 показан пример одного из возможных комбинационных квадратов для четырёх переменных параметров А, Б, С, Д, каждый из которых принимает 5 значений. На рисунке отмечены и пронумерованы 25 различных неповторяющихся комбинаций.
Затем полученные расчётные значения для указанных в большом комбинационном квадрате комбинаций заданных параметров эжектора усредняются по каждому параметру. Осуществляется данное усреднение с помощью таблиц 2.1 и 2.2, в пронумерованные клетки которого помещаются значения расчётной величины газодинамической характеристики эжектора, соответствующей номеру комбинации начальных параметров большого комбинационного квадрата.
Соотношения между режимами обработки дробью и деформационными изменениями обработанной пластины
Выведем соотношения, позволяющие косвенно определить скорость дробинок в дробеструйном потоке по формоизменению односторонне обработанных пластин (типа образцов - свидетелей или «пластин Алмеиа»).
Как известно, при ударе жесткого сферического тела (дробинки) по плоской металлической мишени остается отпечаток, диаметр которого d определяется по формуле: где D, р - диаметр и плотность материала дроби Ку - коэффициент, учитывающий изменение единичного отпечатка при многократном ударе по сравнению с однократным.
Ндин, пдин истинная динамическая твердость и показатель динамического упрочнения обрабатываемого материала (плоской мишени). g - ускорение силы тяжести; \Уд - скорость удара (скорость дробинки).
Величина Ку может быть определена по формуле, приведенной в работе [54], как где Ву и ту - постоянные коэффициенты, характеризующие сопротивление материала повторному контактному деформированию. пу - число ударов по первоначально созданному отпечатку.
Решая уравнение (3.12) относительно сод, находим Уравнение (3.13) справедливо при любом ударе дробинки в отпечаток, образованный первым ударом. В реальных условиях обработки дробью этого нельзя воспроизвести, так как процесс укрытия отпечатками носит хаотический характер, отпечатки многократно перекрываются и можно говорить лишь о средней равномерности и и сплошности укрытия каждого участка Ад = по верхности пу раз. где Fn0E - площадь поверхности мишени, на которой можно предположить, что поток дроби является равномерно распределенным; Ру- количественный расход дроби (число дробинок), на участке Fnoe, Вероятность Р} того, что на любой участок Ад = обработанной по верхности Fnoe придется хотя бы один удар дробинки определяется формулой где е - показатель натурального логарифма, а величина пу может быть записана видом [54] где q - удельная плотность потока дроби (расход дроби в единицу времени на единицу площади). t - время воздействия потока дроби. Расчеты показывают, что при пу-\, вероятность того, что любой участок Ад = — поверхности мишени будет хотя бы однократно обработан, составляет 64 %, при пу= 3- 95%, а при пу= 6 - 99,7%. следовательно, при пу=Ь практически со 100%) вероятностью будет обеспечена равномерность и сплошность укрытия поверхности отпечатками.
Принимая пу=6 и решая уравнение (3.17)относителыю времени t находим расчетное время обработки tpac4.=24/nd2q (3.18) Данная формула позволяет определить время воздействия потока дроби до практически 100% укрытия всей поверхности следами отпечатков при известной плотности потока дроби и оставленном единичном отпечатке каждой дробинкой.
Однако, измерить единичный отпечаток технически задача не менее простая, чем скорость дробеструйного потока. Но учитывая то, что: 1) возникающая поверхностная деформация формирует внутренние силы, вызывающие формоизменение обработанных деталей; 2) по формоизменению (искривлению) специальных односторонне обработанных пластин («образцов-свидетелей», «пластин Алмена») оценивают интегральное воздействие («интенсивность») дробеструйной обработки;3) измерение стрелы прогиба специальных пластин является простой, достаточно отработанной и широко применяемой на практике методикой оценки качества дробеструйной обработки, весьма привлекательной становится решение не только прямой технологической задачи (установления остаточного НДС детали в зависимости от режимов обработки дробыо), но и обратной (по остаточному НДС установить режимы его вызвавшие).
Рассмотрим обратную задачу с использованием основных положений и зависимостей, приведенных в работе [54]. Как известно, между относительной стрелой прогиба f = flH и моментом внутренних сил М, вызывающим искривление первоначальной плоской пластины, аи - база измерения стрелы прогиба, Еп - приведенный модуль упругости материала пластины. Относительный момент внутренних сил, создаваемых дробеструйной обработкой, вычисляется по формуле: где Т=кя/И - относительная толщина пластически деформированного слоя h - глубина остаточного отпечатка К,„ п - приведенный модуль и показатель упрочнения материала на нелинейном участке зависимости «интенсивность напряжений - интенсивность деформаций» /if- толщина слоя, соответствующая переходу степенной аппроксимации кривой упрочнения материала в линейную. где С0, В0, К т - постоянные коэффициенты, зависящие от упругопластиче-ских свойств материала. Таким образом, для конкретного материала обрабатываемой пластины (известных Еп, Кт п, С0, В К т), ее стрела прогиба, определяемая формулой (3.19), будет зависеть только от диаметра единичного отпечатка, оставляемого каждой дробинкой. Однако, в явном виде решить данную задачу относительно d, с одной стороны невозможно, а с другой стороны, даже для любого иного решения необходимо знать большое число характеристик (констант) материала обрабатываемой пластины. Так как весь необходимый их «набор» есть в работе [54] применительно к материалу Д16Т, то на рис. 3.2 приведено ее графическое решение для пластины типа образца-свидетеля, изготовленного из материала Д16Т, имеющего следующие значения констант [54]: „=100 00ОмПа;/С=7О0мПа; «=0,13; Со=0,248; „=0,023, К Л=5,Ъ.
Разработка, изготовление и отладка установки для дробест руйного упрочнения
По результатам проведённых экспериментальных работ, связанных с обеспечением работоспособности отдельных конструктивных элементов и узлов оборудования для пневмодробеструйной обработки, а также с выбором режимов и схем обработки была разработана конструкторская документация установки для упрочнения арматуры трубопроводов мод. УУСП-8 (установка струй но-п невм этическая), черт. 75513.008.00.000. Установка УУСП-8 предназначена для пневмодробеструйной обработки канавки под обжимную гайку ниппельной части арматуры трубопроводов и галтелей шариками из нержавеющей стали ТУ-ОП-1-809-326-79. На установке можно обрабатывать различные детали (угольники, тройники, штуцера и др.) с размерами, не превышающими величии, приведенных на рис.4.2.
Разработанная установка включает в себя следующие основные элементы: камеру упрочнения; стол-корпус; упрочняющий блок; заборник-дозатор; устройство для закрепления деталей и образцов (например, цанговый патрон); пневмопривод; пневмораспределители, регуляторы давления, манометры и др. пневмооборудование; влагомаслоотделитель и фильтр для очистки сжатого воздуха на входе в установку от цеховой пневмосети.
Общий вид установки УУСП-8 отображен на рис.4.6. Установка выполнена в виде закрытой герметичной камеры 1, установленной на столе 2. Стол легко передвигается на самоориентирующихся колёсах 3. В стенке камеры установлен эжекционный аппарат 4, который может ориентироваться под определенным углом и на определённом расстоянии от упрочняемой поверхности для регулирования направления потока дроби. Снаружи, в нижней части камеры, установлен пневмопривод 5, который через коническую передачу 6 приводит во вращение цангу 7 с закрепленной в ней обрабатываемой деталью. Воздух из заводской пневмосети через влагомаслоотделитель и фильтр подводится к входному штуцеру 9, после чего часть воздуха через тройник 10 и кран 11 (включения вращения детали) подаётся на пневмопривод 5, а другая часть воздуха через пневмораспреде-литель 12 (включения эжекционного аппарата) и регулятор давления 13 подаётся на эжекционный аппарат 4, соединённый рукавом 14 со штуцером-заборником 8, который установлен в нижней части камеры и является одновременно дозатором подачи стальных шариков в эжекционный аппарат. Стальные шарики посредством эжекции по шлангу 14 транспортируются в эжекционный аппарат и далее разгоняясь с определённой скоростью (20-70 м/с), выбрасываются из эжекционного аппарата на обрабатываемую поверхность детали, создавая наклёп. Отработанная дробь падает на дно камеры для повторного использования. Давление сжатого воздуха на входе в эжекционный аппарат контролируется манометром 16.
Пневмооборудование в установке УУСП-8 обеспечивает использование энергии сжатого воздуха при пневмоподаче стальных шариков в эжекционный аппарат и далее для их выброса на обрабатываемую поверхность, а также приводит во вращение деталь с помощью пневмодвигателя. Пневмооборудование выполняет в установке следующие функции: - подачу и отключение сжатого воздуха в установку из цеховой пневмосети; - регулирование и контроль давления сжатого воздуха; - подачу и отключение сжатого воздуха в упрочняющий блок (эжекционный аппарат); подачу и отключение сжатого воздуха в пневмодвигатель. Схема пневматическая установки УУСП-8 приведена на рис.4.7. Сжатый воздух подаётся через входной штуцер и тройник к двум пневмораспре-делителям. Один из них (ПР1) включает пнемодвигателъ, другой (ПР2) подаёт сжатый воздух (через регулятор давления) в упрочняющий блок (эжекци-онный аппарат). Вновь поступившие стальные шарики подлежат визуальному контролю на отсутствие сколов, загрязнения и т.д. Для сортировки шариков по диаметру используются сита с размерами ячеек 0,2 - 0,8 мм, для сортировки по круглости используются фанерные пластины, установленные под углом 10 - 15 градусов. Шарики нешарообразной формы (колотые, неправильной формы), а также инородные частицы удаляются. В конце каждой рабочей смены стальные шарики необходимо ссыпать из рабочей камеры и хранить в специальной таре, предохраняющей от загрязнений и повреждений. В начале каждой рабочей смены производится визуальный контроль стальных шариков. Количество циклов использования шариков зависит от режимов обработки, материала детали и качества стальных шариков. Кондиционные шарики после сортировки допускается применять повторно. Технологический процесс ТУ-01-71 «Упрочнение арматуры трубопроводов из титановых сплавов дробеструйным методом» разработан на базе отраслевой нормативно-технической документации (ОСТ 1.14030-88, ОСТ 1.14031-8, ОСТ 1.14032-88, ОСТ 1.14027-88) в соответствии с которой производится упрочнение поверхностей канавки под обжимную гайку ниппельной части арматуры трубопроводов (угольники, тройники, крестовины) из титановых сплавав ВТ-бч, ВТЗ-1, ОТ-4, ВТ5Л, ВТ8, ВТ9, ВТ14, ВТ16, BT20 с целью повышения их ресурса согласно требованию чертежа (см. рис. 4,2; 4.3). Технологический процесс упрочнения состоит из следующих основных операций: 1. Подготовительная (по дроби и по эжектору). 2. Подготовительная (по обрабатываемым деталям). 3. Подготовительная (по образцам-свидетелям). 4. Обработка образцов-свидетелей. 5. Контрольная (образцов-свидетелей), 6. Упрочняющая (деталей). 7. Контрольная (упрочненных деталей). Подготовка рабочей среды - шариков из нержавеющей стали ТУ-ОП-1-809-79. заключается в их сортировке по фракциям, по сферичности и по отсутствию загрязнений. Операция выполняется с использованием вибросита наклонного лотка и визуально (на отсутствие загрязнений). Подготовительная операция по эжектору заключается в проверке размера (диаметра) его сопла, которую необходимо выполнять при 50 часовой наработке эжектора. При увеличении диаметра сопла на 1мм сопло необходимо заменить.
Подготовительная операция по образцам-свидетелям заключается в измерении их начальной стрелы прогиба, регистрируемой в журнале «Регистрация упрочнения». Операция обработки образцов-свидетелей необходима для подтверждения того, что обрабатываемые в последующем поверхности детали по интенсивности упрочнения будут соответствовать требованиям нормативной документации. Образцы-свидетели изготавливаются (для всех упрочняемых марок титана) из стали ЗОХГСА с пределом прочности 0-=1201 кГс/см: или из стали ЗОХГСНА с пределом прочности ств/,=170± кГс/см: Эскиз стандартного образеца-свидетеля был приведен ранее (см.рис.3.9). Деформация образца-свидетеля определяется по формуле:/, =f2 fv где: /j ,/2- стрела прогиба образца-свидетеля до и после дробеструйной обработки, мм. Интенсивность упрочнения согласно технологического процесса ТУ-01-71 «Упрочнения арматуры трубопроводов из титановых сплавов дробеструйным методом» контролируется по укороченному образцу-свидетелю с длиной ly = 49,5 мм. Перерасчёт величины интенсивности наклёпа со стандартных образцов-свидетелей с длиной ly = 100 мм на укороченные с длиной / ,=49,5мм производится по производственной инструкции ПИ 1.4.538-83. \у - длина укороченного образца-свидетеля (ly = 49,5 мм).Прогиб образца-свидетеля со стандартной длиной 100 мм согласно Инструкции №1039-74 должен составлять f,=\,2 - 1,6 мм, соответственно
