Проектирование установки ультразвукового упрочнения деталей двигателей

В процессе выполнения дипломного проекта разработана установка (приспособление) для УЗУ коленчатых валов двигателей, распредвалов и других деталей двигателей, которая монтируется на поперечных салазках суппорта станка. Общий вид показан на рис. 3.1. Статическую силу Рст можно прикладывать с помощью груза, под действием которого все устройство может свободно перемещаться по направляющим 6 и поджиматься к детали 1. По сравнению, например, с обкатыванием шаром (ОШ) ультразвуковое упрочнение отличается следующими особенностями и преимуществами:

1. инструмент пластически деформирует поверхностный слой детали импульсно, с большой интенсивностью колебаний, в результате чего формирование сопровождается прерывистым и интенсивным трением;
2. кратность приложения силы при деформировании инструментом поверхности в 400 раз более (при ОШ 12-20 раз);
3. статическая сила, действующая на деталь, незначительна;
4. скорость деформации — переменная, её максимальное значение 200 м/мин и более, что превышает скорость деформирования при ОШ в десятки и сотни раз;
5. среднее давление, создаваемое в поверхностном слое детали под действием нормально направленной силы, в 3-9 раз больше, чем при ОШ;
6. энергия, расходуемая на искажение кристаллической решётки и идущая на внутренние микроструктурные преобразования, при УЗУ значительно выше, чем при ОШ;
7. температура места контакта инструмента с деталью в зоне деформирования 100-1500С, что в 3-5 раз меньше, чем при ОШ, а время нагрева при УЗУ очень мало (3х10-5 сек), поэтому не наблюдается снижения упрочнения, вызываемого действием высокой температуры;
8. в процессе УЗУ вследствие относительно больших напряжений и многократного приложения нагрузки напряжённо-деформированное состояние специфично.

Множественное скольжение дополнительно тормозит дислокацию. Плотность дислокаций намного больше, чем при ОШ. В результате степень наклёпа повышается в 1,2-1,5 раза и соответственно увеличивается уровень остаточных сжимающих напряжений.

Применение УЗУ по сравнению с ОШ может быть эффективно в следующих случаях:

• для деталей термически и химико-термически обработанных сталей У10А, У12, Х40, ШХ 15, сталей аустенитной структуры 12Х18Н9Т и др., где применение других методов не позволяет получить значительный упрочняющий эффект;
• для деталей и инструментов из твердых сплавов;
• для деталей малой и неравномерной жёсткости, так же УЗУ характеризуется небольшой статической силой и временем деформирования.

К параметрам режима У относится: статическая сила Рст, амплитуда А колебаний инструмента, радиус его округления Г, частота колебаний f, эффективная масса инструмента М, продольная подача S, число рабочих ходов i, скорость обработки детали V. При обычном ультразвуковом упрочнении инструмент (рис 3.1.) под действием статической и значительной ударной силы, создаваемой колебательной системой, пластически деформирует поверхностный слой детали. Основные элементы акустического узла (головки) и их взаимосвязь: Основным рабочим механизмом ультразвукового приспособления является его акустический узел, блок — схема которого показана на рис. 3.2.

Основной функцией этого узла является приведение рабочего торца инструмента в колебательное движение. Необходимую для этого энергию он получает от электрического генератора 3. Эта энергия преобразуется в электромеханическим преобразователем 2 (рис 3.2), в энергию упругих колебаний, так что преобразователь или, как его часто называют, вибратор (излучатель) попеременно удлиняется и укорачивается. Однако амплитуда получаемых ультразвуковых колебаний обычно оказывается недостаточной для осуществления УЗУ, поэтому к торцу колеблющегося преобразователя присоединяется концентратор 1, представляющий собой акустический волновод, форма которого побирается таким образом, что бы на его выходном конце амплитуда колебаний увеличилась в нужной пропорции к амплитуде колебаний поверхностного преобразователя. Преобразователь и концентратор образуют колебательную систему, к выходному концу которой приложена акустическая нагрузка.

Основным волновым каналом ультразвуковой энергии в акустическом узле является колебательная система: преобразователь - концентратор-нагрузка. Отсюда следует, что главные требования, предъявляемые к тому, чтобы получить в нем достаточно мощные ультразвуковые колебания и обеспечить беспрепятственное прохождение полезной акустической энергии от излучателя к нагрузке при минимальных попутных потерях энергии, неизбежных в реальных конструкциях. Чтобы на излучателе получить достаточно большую амплитуду колебаний, его делают резонансным, т.е. размер его в направлении распространения волны будет равным или, реже, кратным половине длины волны на выбранной частоте (см. рис. 3.3.). Иными словами, излучатель питают электрическим напряжением такой частоты, которая совпадает с собственной частотой механических колебаний излучателя в направлении распространения колебаний.

Концентратор тоже выполняют резонансным. При этом он становится как бы объёмным резонатором, настроенным на ту же частоту, что и излучатель, чем создаются оптимальные условия для отборов акустической энергии от излучателя (см. рис. 3.3.).

Установка ультразвукового упрочнения деталей после ремонта Вид общий

Деталировка установки ультразвукового упрочнения деталей

3. Конструктивная разработка установки для ультразвукового упрочнения деталей двигателей 65

3.1 Схема процесса 68

3.2 Основные сведения об электромеханических преобразователях и концентраторах 70

3.3 Расчет концентратора 71

• 3.3.1 Расчет длины концентратора 71
• 3.3.2 Расчет каната на прочность 72
• 3.3.3 Расчет силы тока в питающем проводе 73

3.4 Проверочный расчет болтов крепления салазок 73

• 3.4.1 Проверочный расчет болта на прочность 74
• 3.4.2 Проверочный расчет болта на смятие 75

3.5 Технико-экономическая оценка спроектированной конструкции 76

3.6 Техника безопасности при работе с устройством. Защита от ультразвука 80

Пояснительная записка 19 страниц описания и расчетов, спецификация.

Цена, руб.: 2000