Определение параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) детали при поверхностном упрочнении ударами шариков

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ТЕХНОЛОГИИ УПРОЧНЕНИЯ МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНО-ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

.1 Влияние поверхностного упрочнения на ресурс высоконагруженных авиационных деталей

.2 Сравнительный анализ существующих методов динамического поверхностно-пластического деформирования

.2.1 Технологические особенности виброупрочнения

.2.2 Пневмодинамический метод упрочнения

.2.3 Барабанно-ударный метод упрочнения

.2.4 Виброударный метод упрочнения длинномерных деталей

.2.5 Дробеструйный метод упрочнения

.3 Технология и упрочнения ударно-барабанным методом

.4 Существующие методики определения НДС при динамическом упрочнении

. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО НАКЛЕПА

.1 Определение скорости удара шарика

.2 Анализ НДС поверхностного слоя

.3 Определение степени поверхностной деформации

.4 Обеспечение равномерности покрытия поверхности отпечатками

.5 Определение степени поверхностной деформации при многоударном деформировании

.6 Определение времени обработки и плотности потока шариков

.7 Силовые параметры обработки

.8 Методика контроля обработки

.9 Методика расчета внутренних напряжений, вносимых обработкой

. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПОВЕРХНОСТНОГО НАКЛЕПА УДАРАМИ ШАРИКОВ

.1 Описание конечно-элементной модели

.2 Анализ сходимости результатов моделирования

.4 Результаты моделирования

. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

.1 Определение показателя поверхностной деформации при одиночном ударе шариком

.2 Определение показателя поверхностной многоударной деформации

.3 Определение глубины пластически деформированного слоя

.4 Определение напряжений, вносимых обработкой

.5 Определение прогиба пластины

. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УПРОЧНЕНИЯ УДАРНО-БАРАБАННЫМ МЕТОДОМ

.1 Определение плотности упаковки шариков

.2 Исследование влияния времени упрочнения на прогиб образца-свидетеля

.3 Исследование влияние времени обработки на твердость поверхностного слоя

. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ ABAQUS

.1 Принципы оценки экономической эффективности

.2 Оценка экономической эффективности использования ABAQUS

. ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

.1 Охрана труда

.1.1 Описание участка упрочнения ударно-барабанного упрочнения

.1.2 Выявление опасных и вредных производственных факторов, действующих на участке ударно-барабанной обработки

.1.3 Анализ возможных последствий воздействия негативных факторов на рабочих

.1.4 Мероприятия по предотвращению возможного воздействия опасных и вредных производственных факторов на рабочих

.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

.2.1 Анализ возможных чрезвычайных ситуаций на участке ударно-барабанного упрочнения

.2.2 Мероприятия по уменьшению вероятности возникновения потенциально возможных чрезвычайных ситуаций

.2.3 Мероприятия по исключению и снижению степени воздействия поражающих факторов чрезвычайной ситуации

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Проблема повышения надежности тяжело нагруженных деталей является одной из наиболее важных и актуальных в машиностроении. Наиболее перспективно решение этой проблемы за счет привлечения технологических методов, создания благоприятной технологической наследственности, обеспечения параметров качества поверхностного слоя на уровне, соответствующем максимальному повышению требуемой совокупности эксплуатационных свойств. Актуальной является разработка любых новых методов обработки, направленных на повышение качества поверхностного слоя и эксплуатационных свойств.

Одним из наиболее прогрессивных видов обработки в технологии машиностроения является поверхностное пластическое деформирование (ППД). В результате обработки ППД снижается шероховатость и создается поверхностный наклепанный слой со сжимающими остаточными напряжениями и повышенной твердостью. Несомненным достоинством ППД является возможность создания упрочненного поверхностного слоя, в котором обеспечивается плавность перехода от упрочненного к неупрочненному материалу, что исключает его отслаивание.

Все известные многочисленные способы обработки ППД подразделяются на статические и динамические. Статические способы обработки ППД наиболее изучены. Среди динамических способов ППД наиболее изучены и широко применяются методы дробеструйной обработки. Каждый из известных способов обладает определенными достоинствами и недостатками, определяющими нишу их производственного применения. Основными недостатками рассмотренных методов являются ограниченные возможности варьирования глубиной и степенью упрочнения поверхностного слоя.

Более полное и широкое использование динамической энергии при упрочнении ППД сдерживается недооценкой и сложностью описания процессов, происходящих при ударе [33].

Целью исследования является совершенствование существующей методики определения параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) детали при поверхностном упрочнении ударами шариков и разработка методики определения параметров поверхностного упрочнения при помощи компьютерных технологий.

Задачи исследования, которые следует решить для реализации поставленных целей:

.   Анализ современного состояние технологи и оборудования упрочнения несопрягаемых поверхностей авиационных деталей методом поверхностного пластического деформирования.

2.      Разработка математической модели процесса упрочнения ударами шариков.

.        Разработка методики определения параметров НДС обработанной детали на основании результатов математического моделирования.

.        Проведение экспериментальных исследований для обеспечения надлежащего контроля упрочняющей обработки.

5. Выполнение технико-экономического анализа внедрения компьютерных технологий и определение области применения полученных результатов.

6. Разработка комплекса мер для снижения воздействия вредных факторов и уменьшения вероятности появления чрезвычайных ситуаций прогнозируемых на участке ударно-барабанного упрочнения.

Объектом исследования являются технология, оборудование для поверхностно-пластического деформирования несопрягаемых поверхностей авиационных деталей ударно-барабанным методом.

Предметом исследования являются методы расчета технологических параметров поверхностно-пластического деформирования несопрягаемых поверхностей авиационных деталей на основе математического моделирования процесса упрочнения ударами шариков

Методы исследования

1. Метод математического моделирования - для решения динамического упруго-пластического деформирования.

2. Численный метод - для решения задачи динамического упруго-пластического деформирования.

3.      Метод прямого измерения - для определения величин полученных в ходе эксперимента.

.        Статистический метод - для обработки массива данных полученных в ходе натурного и компьютерного эксперимента.

.        Метод наименьших квадратов - для оценки неизвестных параметров регрессионных моделей.

В качестве инструмента исследования применены современные вычислительные пакеты на основе метода конечных элементов и программы для вычислений и инженерных расчетов.

Научная новизна работы

1. Получены эмпирические зависимости НДС пластины из деформируемого титанового сплава ВТ-22, стали 30ХГСА.

2.      Разработана математическая модель процесса ударного упрочнения позволяющая определять НДС детали для существующих материалов минуя многочисленные эксперименты.

Практическое значение работы

1. Ряд проведенных экспериментов позволяет глубже изучить явления, происходящие при ударно-барабанной обработке.

2.      Использование разработанных математических моделей позволяет существенно сократить материальные затраты при выборе оптимальных режимов обработки за счет уменьшения количества экспериментов

.        Применение разработанной математической модели позволяет сократить сроки подготовки производства нового изделия.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ТЕХНОЛОГИИ УПРОЧНЕНИЯ МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНО-ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

 

1.1 Влияние поверхностного упрочнения на ресурс высоконагруженных авиационных деталей

Понятие качества продукции имеет комплексный характер. Под качеством продукции понимается совокупность свойств, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенным потребностям в соответствии с ее назначением [18].

Основными показателями качества являются работоспособность и надежность. Под работоспособностью понимается такое состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технологической документацией. Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в определенных пределах при заданных режимах работы и условиях использования. Надежность обеспечивает техническую возможность использования изделия по назначению в нужное время и с требуемой эффективностью. Надежность изделия - это обобщенное свойство, которое включает такие понятия, как безотказность и долговечность. Безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого периода времени или некоторой наработки. Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т.е. в течение всего периода эксплуатации при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

В процессе эксплуатации детали машин испытывают различные нагрузки, и для большинства из них потеря работоспособности происходит по условиям сопротивления усталости, износостойкости и контактной выносливости.

Постепенное накопление повреждений в металле под действием циклических нагрузок, приводящих к образованию трещин и разрушению, называют усталостью, а свойство металлов сопротивляться усталости - выносливостью (сопротивлением усталости). Одним из показателей сопротивления усталости является живучесть, под которой понимают долговечность детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5 ... 1,0 мм до окончательного разрушения. Условия возникновения трещины зависят в основном от касательных напряжений, а ее развитие связано в большинстве случаев с влиянием нормальных напряжений.

Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости, под которым понимают наибольшее напряжение, которое может выдерживать материал без разрушения при заданном числе циклических воздействий.

Существенное влияние на сопротивление усталости оказывают:

-  масштабный фактор;

-       концентрация напряжений;

-       качество обработки поверхности и состояние поверхностного слоя (химический состав, механические свойства, остаточные напряжения);

-       эксплуатационные факторы.

Чем больше размер образца (изделия), тем больше в нем различных дефектов (неметаллических включений, субмикроскопических трещин) и запас упругой энергии, что облегчает образование и развитие усталостных трещин. Наличие концентраторов напряжений, увеличение микронеровностей после механической обработки, обезуглероживание также снижают сопротивление усталости. При эксплуатации деталей увеличение частоты испытаний повышает предел выносливости до 10... 15 %, а возникновение коррозии может снизить его на 50...60% и более. Увеличение сопротивления усталости обычно достигается за счет повышения прочностных характеристик и создания сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое соответствующей механической обработкой.

При трении сопрягаемых поверхностей имеет место изнашивание. Результатом изнашивания является износ - изменение размеров, формы, массы изделия или состояния его поверхности вследствие остаточной деформации от постоянно действующих нагрузок либо разрушения (изнашивания) поверхностного слоя при трении. Износ изделий зависит от условий трения и свойств материала изделия. Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию, оцениваемое величиной обратной скорости изнашивания, принято называть износостойкостью.

В результате изнашивания изменяются размеры детали, увеличиваются зазоры между трущимися поверхностями, вызывающие биение и стук. Различают следующие виды изнашивания: механическое, коррозионно-механическое и электроэрозионное (изнашивание при действии электрического тока).

Наиболее часто в технике встречается абразивное изнашивание, которое происходит в результате режущего или царапающего действия твердых тел и (или) абразивных частиц. Эти частицы попадают между контактирующими поверхностями со смазочным материалом или из воздуха, а также могут появиться в результате развития других видов изнашивания (схватывания, выкрашивания, окисления). Абразивное изнашивание может иметь место с преобладанием процессов окисления (окисление и последующее разрушение оксидных пленок) и с преобладанием механического разрушения (внедрения абразивных частиц) и разрушения поверхности.

Абразивное изнашивание является типичным для многих деталей горных, буровых, строительных, дорожных, сельскохозяйственных и других машин, работающих в технологических средах, содержащих абразивные частицы (грунт, разбуриваемые породы).

Изнашивание, происходящее в результате воздействия частиц, увлекаемых потоком жидкости, называют гидроабразивным изнашиванием. Оно имеет место, например, в мешалках и пропеллерах реакторов, в колесах и корпусах насосов, в шнеках.

Если абразивные частицы увлекаются потоком газа (например, в дымоходах и воздуходувках), то вызываемое ими изнашивание называют газоабразивным.

Под кавитационным изнашиванием понимают изнашивание поверхности при относительном движении твердого тела в жидкости. В условиях кавитации работают гребные винты, гидротурбины, детали машин, подвергающиеся принудительному водяному охлаждению, трубопроводы.

Изнашивание при заедании, при котором имеет место задир, приводит к катастрофическим видам износа. При этом происходит разрушение поверхности, и трущиеся детали выходят из строя. Различают схватывание I рода (холодный задир) и II рода (горячий задир). Холодный задир происходит при трении с небольшими скоростями относительного перемещения (до 0,5...0,6 м/с) при отсутствии смазочного материала и защитной пленки оксидов. Горячий задир, наоборот, имеет место при трении скольжения с большими скоростями (более 0,6 м/с) и нагрузками, когда в зоне контакта температура резко повышается (до 500 ... 1500 °С). При схватывании I рода коэффициент трения 0,5 ... 4,0 и толщина разрушающегося слоя до 3 ... 4 мм, а при схватывании II рода - соответственно 0,10... 1,0 и до 1,0 мм.

Свойство материалов сопротивляться усталостному изнашиванию, которое происходит в результате накопления повреждений и разрушений поверхности под влиянием циклических контактных нагрузок, вызывающих выкрашивания (появление «ямок») называется контактной выносливостью (прочностью). Усталостное изнашивание проявляется при трении качения или, реже, качении с проскальзыванием, когда контакт деталей является сосредоточенным. При трении качения в месте контакта действуют нормальные силы, вызывающие возникновение в поверхностном слое касательных напряжений. Эти напряжения становятся причиной появления микротрещин (контактной усталости), приводящих к отслоению или выкрашиванию небольших объемов металла в поверхностном слое. В большинстве случаев при трении качения наблюдается проскальзывание рабочих поверхностей друг относительно друга, что приводит к возникновению дополнительно тангенциальных сил, ускоряющих процесс развития дефектов на поверхностях качения и снижающих сопротивление усталости. Напряжение, при котором возникновение поверхностных дефектов в процессе эксплуатации мало вероятно, является пределом контактной прочности. Усталостное изнашивание можно наблюдать в тяжело нагруженных зубчатых и червячных передачах, подшипниках качения, рельсах и бандажах подвижного состава железнодорожного транспорта.

Поскольку при выходе из строя деталей машин в первую очередь разрушается их поверхностный слой, основные резервы увеличения показателей качества деталей (работоспособность и надежность), определяющиеся в большей степени эксплуатационными характеристиками их поверхности (сопротивлением усталости, износостойкостью, контактной выносливостью), заключаются в изменении состояния поверхностного слоя деталей. Наиболее эффективно использование технологических методов изменения качества поверхностного слоя. С этой целью используются разнообразные упрочняющие технологии: термические, модифицирование химического состава поверхностного слоя, поверхностное пластическое деформирование.

Поверхностный слой детали - это слой, у которого структура, фазовый и химический состав отличаются от основного металла, из которого сделана деталь.

В поверхностном слое можно выделить следующие основные зоны (рисунок 1.1) [33]:

) толщиной 1...10² нм, адсорбированных из окружающей среды молекул и атомов органических и неорганических веществ;

) толщиной 10^-3...1 мкм, продуктов химического взаимодействия металла с окружающей средой (обычно оксидов);

) граничную, толщиной несколько межатомных расстояний, имеющую иную, чем в объеме, кристаллическую и электронную структуру;

) толщиной 0,01...0,1мм, с измененной по сравнению с основным металлом 5 структурой, фазовым и химическим составом, которая возникает при изготовлении и эксплуатации детали.

Рисунок 1.1 - Зоны поверхностного слоя детали: 1 - адсорбционная; 2 - оксидов; 3 - граничная металла; 4 - металла с измененной структурой, фазовым и химическим составом; 5 - основного металла

Толщина и состояние указанных слоев поверхностного слоя могут изменяться в зависимости от состава материала, метода обработки, условий эксплуатации. Оценка этого состояния осуществляется методами химического, физического или механического анализа. Многообразие параметров состояния поверхностного слоя и методов их оценки не позволяет выделить единственный параметр, определяющий качество поверхностного слоя. Поэтому в научной и инженерной практике состояние поверхностного слоя оценивается набором единичных или комплексных параметров, с той или иной стороны оценивающих качество поверхностного слоя.

Укрупнено эти параметры характеризуют: геометрические параметры неровностей поверхности; микроструктуру и химический состав; механическое состояние.

Геометрия поверхности складывается из макроотклонений (отклонений формы), волнистости, шероховатости и субшероховатости.

Единая неровность поверхности по всей ее длине или ширине относится к макроотклонению (выпуклость, вогнутость, конусность). Высота таких неровностей в зависимости от точности и размеров детали изменяется от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров. Все промежуточные неровности между шероховатостью и макроотклонениями относятся к волнистости поверхности. Волнистость представляет собой совокупность периодических, регулярно повторяющихся, близких по размерам выступов и впадин высотой 10²...10³ мкм, расстояния между которыми (шаг волн) значительно больше их высоты (до 40 раз). Под шероховатостью поверхности понимается совокупность микронеровностей высотой 10²...10³мкм с относительно малым шагом (2 ... 800 мкм), меньшим базовой длины, используемой для ее измерения. Микронеровности, соизмеримые с размерами кристаллической решетки и расположенные на шероховатости, относятся к субшероховатости [19].

Микроструктура - это строение металла или сплава, определяемое с помощью металлографических микроскопов. Микроструктурный анализ позволяет определить наличие, количество и форму структурных составляющих сплава, имеющих однообразное строение. Структурные составляющие определяются не только химическим составом материала детали, но и способом упрочняющей обработки. Как правило, к этим способам относится упрочнение, связанное с нагревом упрочняемого металла.

Микроструктура существенно влияет на возможности упрочнения материалов. Особенно это проявляется при упрочнении поверхностным пластическим деформированием.

Наряду с давлением структурное состояние и свойства сталей являются решающими факторами, определяющими остаточные напряжения поверхностного слоя.

Удельный объем структурных составляющих (в порядке уменьшения) следующий: тетрагональный мартенсит, мартенсит с кубической решеткой, перлит (сорбит, троостит), аустенит. Если при обработке происходят структурные превращения, сопровождаемые увеличением удельного объема (например, переход аустенита в мартенсит), то образуются сжимающие остаточные напряжения, при обратном процессе -растягивающие.

Механическое состояние металла определяется следующими параметрами:

-  сопротивлением деформированию - пределами упругости, пропорциональности, текучести и прочности, твердостью;

-       пластичностью - относительным удлинением и сужением, ударной вязкостью и другими, устанавливаемыми специальными испытаниями образцов.

Из всех этих параметров твердость может служить общей характеристикой, позволяющей приближенно оценить качество поверхностного слоя. Твердость имеет связь с такими показателями качества поверхностного слоя, как остаточные напряжения, структура.

Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое. Измерение твердости вследствие быстроты и простоты осуществления, а также возможности без разрушения изделия оценить его свойства, получило широкое применение для контроля качества металла в металлических изделиях и деталях [17].

По представлению физики твердого тела, напряжения в металле или сплаве, независимо от причин, их вызывающих, рассматриваются как следствие искажения кристаллической решетки. Физической моделью механизма образования технологических напряжений применительно к деталям, поверхностный слой которых деформирован в процессе механической обработки, является атомная или дислокационная модель.

Значение макронапряжений определяется, прежде всего, плотностью однородных дислокаций, а знак макронапряжений зависит от характера расположения однородных дислокаций по отношению к поверхности детали. Сжимающие макронапряжения возникают в случае преобладающего расположения у поверхности множества положительных дислокаций на параллельных плоскостях скольжения. Преобладающее расположение у поверхности отрицательных дислокаций способствует возникновению макронапряжений растяжения.

Наличие избытка дислокаций одного знака определяется не только схемой деформации, но и температурой, при которой происходит деформация, а также составом сплава, определяющим склонность к поперечному скольжению [22].

Микрогеометрия, твердость и остаточные напряжения являются основными параметрами качества поверхностного слоя, определяющими надежность и долговечность деталей машин. Как правило, при изготовлении деталей в производственных условиях контролируются параметры твердости и микрогеометрии поверхностного слоя. Остаточные напряжения, вызванные упрочнением, контролируется гораздо реже.

1.2 Сравнительный анализ существующих методов динамического поверхностно-пластического деформирования

Поверхностное пластическое деформирование (ППД) - обработка давлением, при которой пластически деформируется только поверхностный слой материала (ГОСТ 18295-72).

Ударное поверхностное пластическое деформирование - поверхностное пластическое деформирование при ударном воздействии деформируемого материала с инструментом, рабочими телами или средой [20].

Метод упрочнения выбирают в зависимости от формы и размеров детали, условий её работы и состояния поверхностного слоя, технологических возможностей (рисунок 1.2), а также экономической целесообразности.

Сжатый воздух

а                 б                 в                 г

Рисунок 1.2 -Ударные методы упрочнения: а - струйно-механический; б - струйно-пневматический; в - барабанно-ударный; г - вибрационный;1 - дробь; 2 - деталь; 3 - гранулы или шарики

Независимо от вариантов технологической схемы существуют два вида поверхностного упрочнения деталей:

значительная пластическая деформация поверхностного слоя без съема металла (поверхностное упрочнение методами вибронаклепа, пневмодинамического, виброударного, дробеструйного или гидродробеструйного наклепа);

небольшая пластическая деформация со съемом металла глубиной от 0,01 до 0,3 мм при малой глубине наклепанного слоя (поверхностное упрочнение методами виброшлифования или гидроабразивного шлифования и полирования).

1.2.1 Технологические особенности виброупрочнения

Сущность процесса виброупрочнения заключается в следующем. Рабочая среда, состоящая из абразивных или металлических частиц (гранул, шариков), и обрабатываемые детали, помещенные в контейнер виброустановки (рисунок 1.3), совершают механические колебания с ускорениями (10…15) g. Под действием этих колебаний частицы рабочей среды приобретают энергию, достаточную для осуществления пластической деформации поверхностного слоя детали.

Основные параметры процессов ППД, определяющие величины наклепа, остаточных напряжений и шероховатости поверхности:

характеристики рабочей среды (материал, диаметр шариков; материал, зернистость и форма абразивного наполнителя);

амплитуда и частота колебаний, задающие скорость и ускорение вибрирующим частицам;

продолжительность процесса упрочнения.

а                          б                          в

Рисунок 1.3 - Способы загрузки деталей при виброупрочнении: а - свободное расположение; б - закрепление в резервуаре; в - закрепление на изолированной опоре

Виброупрочнение в зависимости от применяемой рабочей среды может выполняться как операция виброшлифования или виброполирования.

Виброшлифование осуществляется абразивными гранулами с зерном размером более 50 мкм, предназначено для снятия с поверхности деталей дефектных слоев и обеспечения шероховатости Rz 1,25. В поверхностном слое деталей возникают высокие остаточные напряжения сжатия с незначительной глубиной распространения (до 80 мкм).

Виброполирование выполняется абразивными гранулами с зерном размером менее 50 мкм, предназначено для обеспечения шероховатости поверхности деталей с параметром Rz 0,65 и выше. В поверхностном слое деталей возникают остаточные напряжения сжатия с малой глубиной распространения (до 50 мкм).

Остаточные напряжения сжатия, возникающие при полировании стальными шариками, по сравнению с остаточными напряжениями, возникающими при виброшлифовании, несколько меньше по величине, но распространяются на значительно большую глубину (свыше 200 мкм). Размер частиц рабочей среды также оказывает существенное влияние на параметры наклепа и остаточные напряжения в поверхностном слое деталей. С уменьшением размера частиц уменьшаются наклеп и остаточные напряжения.

Виброупрочнение стальными шариками обеспечивает наиболее высокую пластическую деформацию, его называют вибронаклепом и обозначают ВН. Виброупрочнение в наполнителе из абразивных частиц обеспечивает большой съем металла при небольшом повышении его сопротивления усталости прочности, его называют виброшлифованием и обозначают ВШ.

Перед упрочнением шероховатость поверхностей деталей из стальных сплавов должна быть не выше Rz 20, из алюминиевых сплавов - не выше Rz 40. Поверхности деталей с шероховатостью Rz 40, изготовленные точным литьем, подвергаются вибронаклепу без предварительной их подготовки.

Вибронаклеп тонкостенных деталей, например цилиндров, стоек шасси, рекомендуется проводить перед окончательным шлифованием отверстий, которые в этом случае имеют припуск, позволяющий при шлифовании устранить коробление (эллипсность), если оно возникло при обработке методами ППД.

Вибронаклеп внутренних полостей деталей выполняется одновременно с обработкой внешних поверхностей или отдельно от нее. Для этого внутренняя полость на 70 - 80 % заполняется рабочей средой и закрывается заглушками. Виброупрочнение в одном контейнере деталей, резко различающихся по механическим свойствам материалов, форме и массе, недопустимо.

При вибронаклепе в качестве рабочей среды применяют стальные шарики диаметром от 4 до 6 мм, которые должны быть полированными, чистыми, без дефектов на поверхности. В процессе эксплуатации шарики необходимо регулярно промывать в керосине, сортировать через 150 - 200 ч и отбраковывать. Хранить их следует в бункерах в водном растворе триэтаноламина.

Интенсивность и качество процессов упрочнения контролируется определением деформации образцов-свидетелей. Образцы-свидетели для всех упрочняемых стальных деталей изготавливают из стали 30ХГСА или 30ХГСНА и обязательно шлифуют, для упрочняемых деталей из алюминиевых сплавов - из материала, аналогичного материалу деталей. Прогиб образцов-свидетелей при односторонней упрочняющей обработке должен составлять: при упрочнении методом ВШ - не менее 0,4 мм, методом ВН - 1,6…3,0 мм.

Если принять производительность виброабразивной обработки стали 45 за единицу, то съем металла с поверхностей деталей из других материалов при прочих равных условиях примерно составляет:

из алюминиевых сплавов - 1,6;

незакаленных углеродистых и легированных сталей - 1,0;

закаленных легированных сталей - от 0,9 до 0,8;

коррозионно-стойких и жаропрочных сплавов - от 0,8 до 0,7;

титановых сплавов - 0,6.

1.2.2 Пневмодинамический метод упрочнения

Пневмодинамический метод упрочнения деталей основан на использовании кинетической энергии шариков или дроби, сообщаемой им струей воздуха, который подается в рабочую камеру под давлением от 0,3 до 0,6 МПа.

Основные параметры пневмодинамического метода упрочнения: давление воздуха; материал и диаметр шариков (дроби), их твердость; расстояние от щели сопла до обрабатываемой поверхности; длина рабочей зоны камеры; удельная загрузка шариков (дроби); время обработки.

Пневмодинамическому упрочнению подвергаются детали из алюминиевых сплавов с толщиной стенок не менее 4 мм и стальные - с толщиной стенок не менее 2,5 мм.

Для упрочняющей обработки пневмодинамическим методом широко применяют установки типа БДУ-Э2М (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Схема пневмодинамической установки БДУ-Э2М

Установка состоит из систем подачи 2, сбора 1 и очистки 5 дроби и рабочей камеры 10, соединенной с основными системами посредством двух рукавов: подачи дробевоздушной смеси 7 и отсоса дроби 6. Масса загружаемой дроби - до 100 кг.

Рабочая камера состоит из штуцера 8, сопла 9, подающего дробь на поверхность заготовки 12, и полости разрежения 13, через штуцер 4 которой дробь отводится из камеры. Во избежание вылета дроби из камеры предусмотрено щеточное уплотнение 11. Установка смонтирована на тележке 3 и может транспортироваться. Деформирующие тела - дробь диаметром до 2 мм.

Пневматическое переносное устройство (рисунок 1.5) получило широкое применение в качестве средства местной упрочняющей обработки ППД.

Рисунок 1.5 - Схема пневматического переносного устройства

Устройство состоит из корпуса 1 и ручки 2. Рабочая камера устройства представляет собой канал в корпусе между профилированным центральным телом 6 и боковой крышкой 8.

Для хранения шариков тел до включения устройства в работу и сбора их после работы в корпусе предусмотрена ловушка 3 с заслонкой 4. Устройство снабжено комплектом упругих резиновых насадок 5, конфигурация которых зависит от формы упрочняемых поверхностей 7.

Сжатый воздух подводится в рабочую камеру через сопло 9, отработанный воздух удаляется через отверстия 10 в боковых крышках. После работы устройства открывается заслонка 4, перекрывающая профилированный канал, шарики направляются в ловушку 3, при этом отработанный воздух выходит через боковые отверстия ловушки [24].

1.2.3 Барабанно-ударный метод упрочнения

Барабанно-ударный метод упрочнения (см. рисунок 1.2, в) применяют для обработки алюминиевых, стальных и титановых деталей типа панелей, обшивок лонжеронов, поясов, нервюр, стрингеров, шпангоутов с гладкими и ребристыми поверхностями.

Ударно-барабанное упрочнение происходит в результате соударения гранул сыпучего рабочего тела с поверхностями обрабатываемых деталей. Детали закрепляются внутри барабана, вращающегося вокруг горизонтальной оси. Сыпучее рабочее тело получает энергию за счет центробежных и гравитационных сил вследствие вращения барабана (рисунок 1.6).

а                          б

Рисунок 1.6 - Схемы размещения деталей в барабане: а - двухкамерном; б - многогранном

Барабан 1 имеет прямоугольную (рисунок 1.6, а) или шестигранную (рисунок 1.6, б) форму. Полость барабана прямоугольной формы разделена центральной перегородкой на две рабочие камеры. Обрабатываемые детали 3 закрепляют на съемных щитах 2, закрывающих проемы рабочих камер, и на центральной перегородке.

При вращении барабана гранулы сыпучего рабочего тела 4 падают на поверхности обрабатываемых деталей. При соударении поверхностный слой деталей пластически деформируется, в результате чего происходит упрочнение. Поверхности деталей упрочняются поочередно. Для повышения равномерности обработки деталей направление вращения барабана периодически реверсируют.

В качестве сыпучего рабочего тела применяют кубики и шарики диаметром от 4 до 8 мм. Обработка производится всухую. В процессе работы рабочие камеры барабана вентилируются [37].

1.2.4 Виброударный метод упрочнения длинномерных деталей

Сущность метода виброударного упрочнения заключается в деформации поверхностного слоя металла в результате соударения детали с насыпанными на ее поверхность стальными шариками.

Этот метод упрочнения производится на специальной вибрационной установке (рисунок 1.7), предназначенной для одновременной обработки наружных и внутренних поверхностей длинномерных деталей типа лонжеронов, лопастей винтов вертолетов.

К жесткой платформе 1 крепятся регулируемые направленные дебалансные вибраторы 2. Платформа 1 с помощью упругих подвесок 3, 5 установлена на раме 4, закрепленной на фундаменте.

Деталь помещают в специальный контейнер 8, на подлежащие обработке поверхности насыпают стальные шарики 6. Чтобы шарики не высыпались, торцы контейнера закрывают заглушками.

Контейнер с деталью и шариками прикрепляют к платформе специальными шпильками 9.

Рисунок 1.7 - Схема вибрационной установки

Вибраторы 2 синхронно приводятся во вращение электродвигателем постоянного тока с регулируемой частотой возбуждения 20…40 Гц. Процесс упрочнения осуществляют минимум за два технологических перехода. Виброударное упрочнение позволяет довести глубину слоя наклепа до 0,6 мм как по наружной, так и по внутренней поверхности [24].

1.2.5 Дробеструйный метод упрочнения

Дробеструйный метод упрочнения основан на использовании кинетической энергии металлических частиц (стальных или фарфоровых шариков, стеклосфер, дроби), которые под давлением сжатого воздуха подаются на поверхность обрабатываемой детали (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 - Схема дробеструйной обработки в камере: 1 - деталь; 2 - сопло; 3 - сборник дроби; 4 - редуктор-манометр; 5 - рабочий бункер; 6 - приемный штуцер; 7 - перепускной клапан

Дробеструйная упрочняющая обработка длинномерных деталей типа монолитных ребристых панелей и лонжеронов без формообразования производится в специальных установках, имеющих вид больших камер, при вертикальном положении детали.

Расстояние от сопла до обрабатываемой поверхности - от 200 до 250 мм, сопло перемещается поперек ребер жесткости со скоростью от 0,5 до 0,9 м/мин. Обработка ведется по замкнутому циклу. В качестве обрабатывающей среды применяются стальная литая дробь марки ДСЛ диаметром от 0,8 до 1,2 мм, стальные шарики из конструкционной стали марки ШХ-15 диаметром от 0,8 до 3,0 мм [24]. Для оценки масштабов применения упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием в таблице 1.1 представлены типовые детали и методы упрочнения, применяемые для обработки силовых деталей самолета Ан-124 «Руслан».

Таблица 1.1

Детали самолета Ан-124«Руслан», подвергаемые упрочнению методами ППД

Типовые представители	панели, пояса	панели, балки, пояса, шпангоуты	балки, кронштейны, щеки	кронштейны накладки	щеки, фитинги, профили	кронштейны, траверсы, рельсы
Метод упрочнения	Дробеметный	Ударно-барабанный	Вибро-шлифование		Вибронаклеп
Максимальные габариты	27000x2300x144	9400x1200x300	2500x320x220	314x230x75	1200x500x260
Применяемые материалы	Д16чТ, В95пчТ2	Д16Т, 30ХГСА, ВТ22	Д16чТ, В95 пчТ2, В93 пчТЗ, Ак-6Т1	ОТ 4-1, ВТ-22	Д16чТ, В93пчТЗ, Ак-6Т1	ВТ-22, ВНС-5, ЗОХГСА
Кол-во наим./ деталей	63/126	153/314	432/1489	12/23	61/150	65/188
фюзеляж	14/28	42/119	89/302	1/2	11/22	8/20
крыло	42/84	51/77	272/989	10/19	25/72	51/154
оперение	7/14	41/84	53/148	-	25/56	-
пилон	-	19/34	15/33	1/2	-	6/14
Оборудование	УДП-2-3,5	УБЯ-3-11А УБЯ-4-13 УБЯ-4-30	ВУД-4000 ВУД-2500 ВУД-1000	ВУД-1000	ВУД-2500 ВУД-1000	ВУД-2500 ВУД-1000

 

1.3 Технология и упрочнения ударно-барабанным методом

Ударно-барабанная обработка - ППД соударением закрепленных в барабане заготовок с рабочими телами, падающими вследствие его вращения (ГОСТ 18295-72).

Для обработки применяют шарики различного диаметра из различных материалов (рисунок 1.6).

Рисунок 1.9 - Шарики, применяемые для динамического упрочнения: а - стеклянные; б - стальные; в - керамические

Стальные шарики (рисунок 1.9, б) применяют главным образом при обработке сталей и алюминиевых сплавов. Стальные шарики имеют низкую стоимость, что обуславливает их широкое применение. При обработке стальными шариками образуется металлическая пыль, что может негативно влиять как на параметры поверхностного слоя.

При обработке деталей из цветных сплавов, например титановых, может проявляться такой дефект поверхностного слоя как межкристаллитная коррозия. Поэтому применяют шарики из инертных материалов, таких как стекло и керамика. Стеклянные (рисунок 1.9, а) шарики по стоимости уступают керамическим, но и плотность их значительно меньше, что сказывается на эффективности обработки. Керамические (рисунок 1.9, в) шарики по сравнению со стеклянными имеют большую плотность и большую стоимость. Но при этом обладают повышенной стойкостью к истиранию, большей твердостью поверхности.

На ударно-барабанных установках УБЯ упрочнения производится путем соударения падающих гранул (кубиков, шариков) с обрабатываемой поверхностью детали, закрепленной в барабане, вращающемся вокруг оси. Возможность стабильного получения малых энергий соударения обеспечивает в этом случае напряженное состояние упрочненной поверхности детали, не приводящее к недопустимым деформациям. Простота оборудования и универсальность технологии являются отличительными особенностями ударно-барабанного упрочнения, повышающего малоцикловую выносливость деталей в 2-8 раз.

На рисунке 1.10 изображена промышленная ударно барабанная установка УБЯ-3-11А.

Рисунок 1.10 - Промышленная ударно-барабанная установка УБЯ-3-11А

Этим методом упрочняются стрингерные, вафельные панели, нервюры, шпангоуты, лонжероны, балки, пояса и тонкостенные обшивки.

Технические характеристики промышленных ударно-барабанных установок представлены в таблице 1.2.

Экспериментальная установка БУОС-0,3-0,15 изготовлена на базе универсального токарного станка 16Б05П средствами кафедры 104. На этой установке можно упрочнять небольшие детали (см. таблицу 1.2) из конструкционных сталей, титановых и алюминиевых деформируемых сплавов.

Универсальность данной установки заключается в том что она может устанавливаться на любой токарный станок промышленный токарный станок.

Простота конструкции обеспечивает ее долговечность простоту эксплуатации. Для ее обслуживания не требуются высококвалифицированные специалисты. Установка удобна для проведения экспериментов в лабораторных условиях.

Небольшие габариты установки позволяют использовать ее в качестве наглядного пособия. В процессе работы установки шарики ударяясь о стенки барабана, производят незначительный шум. Это благоприятно сказывается на санитарных условиях в процессе проведения экспериментов. Для обработки требуется небольшое количество шариков, что позволяет ускорить переустановку деталей.

Таблица 1.2

Технические характеристики промышленных ударно-барабанных установок

Параметры	БУОС-0,13-0,15	УБ-2-3	УБЯ-2-5	УБЯ-3-7	УБЯ-З-11А	УБЯ-4-15	УБЯ-4-30
Наибольшие габаритные размеры упрочняемой детали, мм	100 х 20 х 5	300 x 600 х 100	4800 х 1000 х 125	6800 x 1500 x 180	10800 x 1500 х 200	15000 x 2500 x 200	15000 x 2500 x 200
Число щитов для размещения деталей	4	6	4	4	4	4	2
Масса сыпучего рабочего тела, кг	1	1000	1000	2000	3400	6000	6000
Частота вращения барабана, 1/мин	120	21,0	23,6	16,0	16,4	14,5	I4,5
Производительность при двухсменной работе (площадь упрочненных поверхностей деталей в год, м2)	15	2500	5000	8000	13000	26000	26000
Масса установки, кг	1,5	15500	20000	20000	40000	54000	87000

 

1.4 Существующие методики определения НДС при динамическом упрочнении

Савериным М.М., автором книги [46] разработана методика определения диаметра отпечатка по известному диаметру и скорости удара шарика и известным свойствам обрабатываемого материала. Эта методика нашла широкое распространение и применяется авторами книг [42, 41, 47, 44] и в ряде статей посвященных упрочняющей обработке [11, 18, 56].

К недостаткам методики следует отнести необходимость определения специфичных свойств материалов, таких как истинная динамическая твердость и показатель динамического упрочнения. Для определения данных динамических свойств необходима постановка специальных экспериментов для каждого исследуемого материала. Тем не менее, данная методика используется в данной работе ввиду ее широкого распространения.

В статье [42] проведено численное моделирование осесимметричной задачи одиночного удара дробинки с учетом физико-механических свойств поведения материалов.

Рыковским Б.П., автором книги [44] разработана исчерпывающая методика определения НДС обрабатываемой детали, рекомендации по контролю обработки, методика расчета времени обработки для пневмодинамического метода упрочнения.

Данная методика принята в качестве инженерной методики, так как носит наиболее общий характер и является наиболее полной. Из недостатков следует отметить применение методики определения диаметра отпечатка по специальным механическим свойствам, требующих ряда экспериментальных исследований для новых материалов. В полной мере определить НДС согласно данной методике можно лишь для алюминиевого сплава Д16Т. Для определения удельного изгибающего момента выведена достаточно громоздкая формула, расчеты по которой весьма затруднительны и не дают адекватных результатов. Плотность потока шариков рассчитана только для пневмодинамического метода упрочнения, для ударно-барабанного метода применима лишь частично и требует дополнительных аналитических и экспериментальных исследований. Для определения параметров НДС титановых сплавов или сталей данная методика не имеет необходимых справочных данных.

Следует сделать вывод, что методика определения НДС при динамической упрочняющей обработке весьма хорошо проработана, но не является современной и полной.

2. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО НАКЛЕПА

Повышение ресурса деталей при упрочняющей обработке ППД связано с изменениями, происходящими в поверхностных слоях. Эти изменения можно рассматривать на микро- и макроуровне.

Современное представление о природе поверхностного упрочнения основано на предполагаемом зарождении дислокаций в тонких поверхностных слоях, которые после ППД становится на порядок больше. Это создает благоприятные условия для их взаимодействия и обусловливает оптимальное соотношение прочностных и усталостных свойств материалов.

Изучение механизма упрочнения раскрывает его сущность и основные направления совершенствования для конкретных материалов, форм и размеров деталей, условий их эксплуатации. Одним из факторов, улучшающих эксплуатационные свойства деталей, является стабильность физико-механического состояния поверхностного слоя. Происходящая циклическая деформация поверхности как бы выполняет функцию тренировки для исходной неоднородной по своей природе структуры, которая при последующем циклическом нагружении оказывается методной сопротивляться более высоким напряжением. Особенностью ППД является то, что при обработке поверхности не отмечается ослаблений в местах перехода наклепанного слоя в ненаклепанный.

Это выгодно отличает ее от других способов упрочнения, например, от поверхностей закалки, при которой зона перехода закаленного слоя к незакаленному обладает пониженной прочностью.

Изучение механики деформирования и установление количественных связей между режимами обработки и НДС обработанных ППД деталей составляет предмет исследования данной работы. Пластическая деформация при ППД характеризуется значительной неоднородностью по толщине и протекает в условиях сложного напряженного состояния и сложного нагружения. Аналитически учесть факторы, влияющие на формирование НДС поверхностных слоев, сложно. Однако разработка основ расчета с приемлемой для практики их использования точностью является одной из актуальных проблем теории и практики исследования ППД.

Разработанная авторами книги [44] методика позволяет по заданной интенсивности обработки, характеризуемой, прогибом образца, рассчитать режимы обработки и основные параметры НДС поверхностных слоев. Исследования и методика инженерного расчета основных параметров процессов ППД на практике опробованы на примерах упрочнения дробеструйным, виброударным и пневмодинамическим способами разнообразных деталей, выполненных из алюминиевых сплавов Д16Т, В95Т, АК4-1Т, а также из высокопрочных сталей ЗОХГСА и ЗОХГСНА.

2.1 Определение скорости удара шарика

При вращении барабана сыпучее рабочее тело в виде шариков разгоняется, но в верхней точке отрывается от стенки барабана и падает на поверхности детали и образцов-свидетелей, вызывая их упрочнение.

Схема сил, действующих на каждый из шариков сыпучего рабочего тела, представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Модель ударно-барабанного метода упрочнения: 1 - барабан; 2 - ложемент; 3 - образец-свидетель; 4 - шарик

Определить скорость удара шарика о поверхность детали можно исходя из уравнения баланса кинетической и потенциальной энергий [70]

. (2.1)

При подъеме на высоту отрыва  шарик приобретает потенциальную энергию

, (2.2)

где  - масса шарика;  - гравитационная постоянная.

После отрыва от стенки барабана потенциальная энергия шарика преобразуется в кинетическую энергию, уравнение которой записывается в виде

, (2.3)

где  - текущая скорость шарика.

Тогда уравнение баланса кинетической и потенциальной энергии запишется в виде

.(2.4)

Преобразовав уравнение, скорость можно определить как

, (2.5)

Из геометрических соотношений, пренебрегая высотой детали и ложемента, высоту отрыва можно определить

, (2.6)

где  - диаметр барабана;  - угол между отвесной линией и осью, проходящей через центр шарика и барабана в момент отрыва от стенки барабана.

Частота вращения барабана должна обеспечивать превышение силы тяжести  над центробежной силой . Для этого запишем условие отрыва шарика от стенки барабана в виде суммы проекции всех сил на ось, проходящую через центр шарика и барабана

 (2.7)

Силу тяжести можно определить по формуле

 (2.8)

Центробежная сила определяется из соотношения

,(2.9)

где  - угловая скорость вращения барабана;  - радиус барабана.

После преобразований получим уравнение

, (2.10)

Тогда для скорости удара шарика окончательно получим выражение

 (2.11)

Зная технические характеристики промышленных ударно-барабанных установок, можно определить скорость удара шарика для каждой из них. Учитывая, что угловая скорость вращения барабана определяется по формуле

, (2.12)

где  - частота вращения барабана.

Рассчитанные значения скорости удара шарика для промышленных ударно-барабанных установок сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Скорости удара шарика для промышленных ударно-барабанных установок

	БУОС-0,13-0,15	УБ-2-3	УБЯ-2-5	УБЯ-3-7	УБЯ-3-11А	УБЯ-4-15	УБЯ-4-30
0,132,002,003,003,004,004,00
12021,023,616,016,414,514,5
12,62,202,471,681,721,521,52
1,65,45,66,56,57,67,6

 

.2 Анализ НДС поверхностного слоя

Обработка ударами шариков характеризуется локальностью пластического деформирования поверхности детали. В результате силового воздействия деформирующей среды на поверхности создаются лунки, обусловливающие определенное НДС по толщине [44]. При полном укрытии поверхности отпечатками предполагается, что сжатие всех слоев по толщине в среднем будет соответствовать деформации осевого сжатия под одним отпечатком, качественная эпюра которых представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Эпюра остаточных деформаций осевого сжатия по толщине пластически деформированного слоя под отпечатком диаметра d и глубиной h

При деформированном состоянии каждого слоя можно определить изменение формы и размеров заготовки в целом. Исследования дробеструйной и пневмодинамической обработки показывают, что размеры сечения детали в направлении действующих сил остаются практически неизменными, но с характерными признаками неравномерной деформации поверхностных слоев - искажением их решетки и искривлением плоскостей скольжения, повышением твердости, увеличением плотности дислокаций. Это свидетельствует о том, что при обработке ППД осуществляется сложное нагружение. Последующие удары вблизи каждого отпечатка ведут к перераспределению деформаций под ним так, что при отсутствии объемных изменений размеры детали в среднем при полном укрытии поверхности отпечатками оказываются неизменными. Подтверждением этому служат эксперименты, выполненные на примере обкатки [44]. Показано, что обработка ППД состоит в сложном взаимодействии многократных первичных деформаций прямого нагружения, разгрузки и вторичных деформаций последующего нагружения. Лишь в начальный период неустановившейся обработки первичные деформации интегрально значительно отличаются от вторичных. При стабилизации же процесса обработанная часть детали практически приподнимается до уровня исходной необработанной части. Можно предположить, что при каждом ударе шариком форма и размеры очага деформации примерно одинаковы и соответствуют единичному вдавливанию. На первом этапе решения задача определения НДС поверхностных слоев сводится к исследованию основных параметров очага деформации под единичным отпечатком [46].

Аналитически задача определения НДС под единичным отпечатком аналогично задаче Герца в теории упругости при наличии пластических деформаций до сих пор не имеет точного решения [20]. Можно отметить приближенное ее решение для идеально-пластичного материала, преследующее конечной целью определение контактных напряжений и деформирующих сил в зависимости от глубины вдавливания сферического инструмента. Из-за сложности комплексного решения контактной задачи пластичности упрочняемого материала теоретически и экспериментально исследуются отдельные из характеристик НДС.

Из параметров деформированного состояния наибольший интерес для процессов упрочняющей обработки ППД представляют степень поверхностной деформации, толщина пластически деформированного слоя в наиболее характерной - осевой зоне вдавливания шарика. Предполагается оценивать степень деформации сравнением площади круга до вдавливания  с площадью поверхности шарового сегмента лунки , соответствующего данному кругу. По данным [44] степень деформации можно определить

(2.1)

Различают степень деформации в невосстановленной лунке , когда шарик находиться в лунке под нагрузкой, и в восстановленной лунке , после снятия нагрузки. Обозначив диаметр невосстановленного отпечатка для  из геометрических соотношений получим

, (2.2)

где  - диаметр вдавливаемого шара.

После снятия нагрузки происходит упругое восстановление лунки, которое сопровождается изменением ее диаметра и кривизны. Обозначив диаметр остаточного отпечатка , а глубину восстановленной лунки , для определения степени деформации в восстановленной лунке будем иметь

, (2.3)

где  - диаметр кривизны лунки.

Выразив в уравнении диаметр кривизны лунки  через параметры  и , находим

 (2.4)

В большинстве работ [44, 14, 20] в качестве показателя поверхностной деформации принимается критерий . При его изменениях от 0,05 до 0,6 для всех материалов  близко к единице, a  значительно меньше единицы. Тогда формула (2.4) приближенно может быть записана как

 (2.5)

Различие формул (2.3) и (2.5) состоит в том, что для восстановленной лунки средняя степень поверхностной деформации определяется не только геометрическими факторами, но и упругопластическими свойствами, вызывающими различное восстановление глубины лунки после вдавливания шарика на одну глубину в материалы с различными свойствами. Измерения глубины остаточного отпечатка затруднено в связи с динамичностью процесса нагружения. Эксперименты показывают, что при  зависимость h/d от показателя поверхностной деформации d/D приближенно может быть принята линейной

,(2.6)

где коэффициенты  и  зависят от упругопластических свойств. Значения данных коэффициентов приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Значение коэффициентов  и

Сплав
АК4-1Т	0,249	0,020
Д16Т	0,248	0,023
В95ПЧ	0,237	0,30

Параметр  как показатель степени остаточной деформаций в лунке и критерий геометрического подобия остаточных отпечатков используется при сравнении очага деформации материалов с различными упругопластическими свойствами или с различными условиями деформирования. Для конкретных материалов и условий обработки отношение  определяется критерием , который и принимается в качестве основного показателя деформированного состояния поверхности при исследовании силовых факторов поверхностного наклепа. Важнейшей характеристикой деформированного состояния является и толщина пластически деформированного слоя. При полном покрытии поверхности отпечатками толщина пластически деформированного слоя  соответствует размерам очага деформации осевой зоны единичного вдавливания [44].

Для нахождения  в работе [46] используется «упругое» решение контактной задачи, возникающей при вдавливании шарика в плоскую поверхность плиты. При этом предполагается, что на глубине, превышающей зону пластического деформирования, распределение напряжений и деформаций такое же, как и при чисто упругом деформировании. Для практических расчетов наибольшее распространение имеет формула

,(2.7)

где  - сила вдавливания;

 -предел текучести материала.

В динамических процессах экспериментальное определение силы  и динамического предела текучести  затруднительно. Необходимо связать глубину пластически деформированной зоны с геометрическими параметрами остаточного отпечатка. В работе [32], предполагая, что между пределом текучести и твердостью по Бринеллю имеет место постоянное соотношение и что при  твердость по Бринеллю равна твердости по Мейеру, для толщины наклепанного слоя получил формулу

,(2.8)

где  - коэффициент, для сталей равный .

Исследования, проведенные на алюминиевых сплавах [32], показывают, что  не более 1,5 и зависит от глубины вдавливания. Для определения  рекомендованная эмпирическая формула

,(2.9)

где  для алюминиевых сплавов.

2.3 Определение степени поверхностной деформации

При оценке напряженного состояния поверхностных слоев циклически идеальных и упрочняемых материалов практически достаточно знать упругие постоянные ,  и пластические константы  и  [44]. Эти характеристики могут быть определены из испытаний на одноосное растяжение. Значения  и  определяются из условий прохождения аппроксимирующей кривой  через точки условного предела текучести (,) и предела прочности (,):

,(2.10)

 (2.11)

Механические свойства различных материалов приведены в таблице 2.2 [44].

Таблица 2.2

Механические свойства конструкционных материалов

Марка сплава	, МПа, МПа, МПа, МПа
сталь 40	202000	280	0,0033	480	0,20	780	0,179
40Х	210000	780	0,0058	930	0,12	1100	0,055
30ХГСА	210000	830	0,0060	1100	0,10	1390	0,100
30ХНМА	210000	830	0,0060	980	0,12	1100	0,055
Д16Т	72000	320	0,0066	490	0,18	620	0,130
В95ПЧ	72000	400	0,0074	510	0,10	640	0,093
АК4-1Т	72000	286	0,0053	402	0,10	530	0,116

Режимы динамической обработки ударами шариков характеризуются диаметром шариков, скоростью их соударения с поверхностью заготовки, временем обработки и удельной плотностью потока. Изменение первых двух параметров изменяет кинетическую энергию удара и степень производимой поверхностной деформации. Время обработки и удельная плотность потока влияют на степень покрытия поверхности отпечатками, а также на изменение деформированного состояния поверхностных слоев при повторных ударах. При анализе влияния режимов обработки на поверхностную деформацию, оцениваемую отношением , используют соотношения [56]:

,(2.12)

где  - истинная динамическая твердость;

 - показатель динамического упрочнения;

 - плотность материала шариков;

 - скорость удара.

Применительно для ударно-барабанного метода скорость удара  можно рассчитать по формуле:

,(2.13)

где  - диаметр барабанной установки.

Динамические характеристики материалов представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Динамические характеристики материалов

Марка сплава	, МПа
Сталь 40	2930	2,00
40Х	5340	2,00
30ХГСА	8200	2,00
30ХНМА	5400	2,00
Д16Т	2350	2,12
В95ПЧ	3200	2,14
АК4-1Т	2240	2,10

Уравнение (2.12) рекомендуется для определения поверхностной деформации при допущении, что последующие удары шариков менее эффективные, чем первые. Для сталей увеличение диаметра отпечатка  прекращается после 10-20 ударов и соответствует , где  - диаметр отпечатка при первом ударе [44].

2.4 Обеспечение равномерности покрытия поверхности отпечатками

Важным параметром динамической упрочняющей обработки является равномерность покрытия поверхности отпечатками, которая оценивается соотношением

, (2.14)

где  - суммарная площадь отпечатков;

 - площадь обрабатываемой поверхности.

Задача определения заданной равномерности покрытия  сводится к определению времени воздействия потока на любом участке обрабатываемой поверхности при известной интенсивности и удельной плотности потока . Плотность потока характеризуется количеством шариков в единицу времени на единицу обрабатываемой поверхности. Так как нанесение ударов деформирующими телами носит случайный характер, задача определения времени обработки сводится к вероятностной задаче об одно-, двух- или многократном покрытии отпечатками каждого участка  обрабатываемой поверхности.

При решении данной задачи предполагается, что:

-  интенсивность соударения деформирующих тел на любом участке остается неизменной;

-       удары на единицу упрочняемой поверхности производятся с одинаковой удельной плотностью, зависящей только от конструктивных характеристик устройства;

-       попадание удара на заданный участок обрабатываемой поверхности не завися от того, сколько их попало на другой, не перекрывающийся с ним  участок поверхности, вероятность попадания за конечный, но малый промежуток времени на участок  двух ударов пренебрежимо мала по сравнению с одним ударом.

При соблюдении данных условий вероятность  обработки  ударами некоторого участка выражается законом Пуассона (рисунок 2.2) и определяется в виде

Рис. 2.2 - Вероятность полного покрытия пластины отпечатками в зависимости от параметра Пуассона,

,(2.15)

где  - параметр Пуассона, характеризующий математическое ожидание или средневероятное число ударов на участке  упрочняемой поверхности. Вероятность того, что на участок  попадает хотя бы один удар

.(2.16)

Расчеты показывают, что при  вероятность того, что любой участок  поверхности детали будет хотя бы однократно обработан, составляет 64%, при  - 95%, а при  - 99,7%, Следовательно, при  практически со 100%-ной вероятностью будет обеспечиваться равномерность обработки.

2.5 Определение степени поверхностной деформации при многоударном деформировании

Проведены исследования [44] по многоударному контактному деформированию образцов из алюминиевых сплавов Д16Т, АК4-1Т и В95. Установлено, что наибольшее изменение отпечатка происходит до 15-20 ударов. Величина , представляющая собой отношение показателя поверхностной деформации при многократном ударе  к показателю поверхностной деформации при однократном ударе . Кривые зависимости показателя многоударной деформации до 50 ударов представлены на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Кривые зависимости показателя многоударной деформации от количества ударов

Для практических расчетов необходимо знать аналитическую зависимость  от . Анализ показывает, что до 50 ударов между этими величинами имеет место эмпирическое соотношение

, (2.17)

где ,  постоянные, характеризующие сопротивление материала повторному контактному ударному деформированию.

Значения постоянных величин для алюминиевых сплавов приведено в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Значения постоянных  и  для алюминиевых сплавов

Марка сплава
Д16Т	0,18	0,21
В95ПЧ	0,18	0,20
АК4-1Т	0,16	0,20

Поверхностную деформацию или интенсивность упрочняющей обработки определяют по зависимости

.(2.18)

2.6 Определение времени обработки и плотности потока шариков

Время обработки может быть рассчитано по формуле, полученной из параметра Пуассона

 (2.19)

При обработке ударно-барабанным методом расходным параметром устройства является количество шариков, приходящееся на единицу площади поверхности детали . При этом поток шариков является дискретным, а не непрерывным. За один оборот установки наноситься определенное количество отпечатков. Это значение зависит от диаметра шариков  и плотности упаковки (количество шариков приходящихся на единицу площади поверхности). При этом расчетная модель упаковки (рисунок 2.4 а) является упрощенной моделью реального процесса нанесения отпечатков (рисунок 2.4 в). Экспериментальное значение плотности упаковки определено в подразделе 4.1.

а                                             б                          в

Рисунок 2.4 - Упаковка шариков: а - расчетная модель; б - схема упаковки; в - реальная хаотическая упаковка

Для определения данного параметра необходимо рассчитать плотность упаковки шариков на плоскости , который представляет собой коэффициент заполнения треугольника секторами кругов (рисунок 2.4 б).

Наиболее плотной из теоретически возможных является гексагональная упаковка, для которой

. (2.20)

Экспериментальное значение  будет определено в разделе экспериментальных исследований.

Тогда плотность потока  можно определить

, (2.21)

где  - частота вращения барабана;

 - площадь сечения шарика по миделю.

Тогда формула для определения времени обработки примет вид

 (2.22)

С учетом того, что  и  время обработки можно рассчитать по формуле

 (2.23)

2.7 Силовые параметры обработки

Создаваемая поверхностной обработкой эпюра напряжений не уравновешена по сечению заготовки и приводит к внутренним изгибающим моментам , значение которого на единицу периметра равно

,(2.24)

,(2.25)

Напряженное состояние поверхностных слоев при отсутствии начальных остаточных напряжений

 при ;(2.26)

 при ,(2.27)

где  и  - приведенные модули, учитывающие сложность напряженного состояния и зависящие от модуля  и  и соотношений между компонентами НДС.

,(2.28)

.(2.29)

Можно ограничиться рассмотрением внутреннего силового поля в направлении оси , совпадающей с наибольшей стороной образца. При этом в направлении оси  расчеты будут аналогичны.

После интегрирования уравнение (2.24) примет вид

,(2.30)

где  - внутренние удельный момент вносимый упрочняющей обработкой;  - ширина;  - толщина образца;  - относительная толщина пластически деформированного слоя;  - толщина слоя, соответствующая переходу степенной аппроксимации кривой упрочнения в линейную. Соотношение  определяют по формуле

.(2.31)

График изменения  в зависимости от  и  приведен на рисунке 2.5

Рисунок 2.5 - Удельный изгибающий момент, возникающий при динамической обработке деталей из сплава Д16Т для степени поверхностной деформации : 1 - 0,04; 2 - 0,08; 3 - 0,16; 4 - 0,32; 5 - 0,48

2.8 Методика контроля обработки

Интенсивность обработки контролируют по связанным с ней изменениями физико-механического состояния поверхностного слоя. Контроль производится по образцам-свидетелям в качестве которых используют плоские пластины (рисунок 2.6). Образцы-свидетели изготавливаются из того же материала, что и упрочняемые детали. Контроль интенсивности обработки осуществляется по прогибу обработанной с одной стороны пластины.

а                                             б

Рис. 2.6 - Образец-свидетель (а) и схема измерения его прогиба (б)

Размеры образцов-свидетелей и рекомендуемые значения прогибов приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Размеры и прогиб плоских образцов-свидетелей

Материал	Ширина, мм	Толщина , ммПрогиб , мм
Сталь	19	1,3±0,03	2,0-3,5
Алюминиевый сплав	19	2,0±0,1	1,4-1,6
Титановый сплав	19	1,3±0,03	1,2-1,6

При односторонней обработке пластины под действием момента  срединный слой получит относительную кривизну , определяемые из условий равновесия следующими соотношениями:

.(3.32)

Относительный прогиб  посредине пластины на базе измерения :

.(3.33)

Тогда прогиб  можно определить по формуле:

.(3.34)

2.9 Методика расчета внутренних напряжений, вносимых обработкой

Формула (2.24) с учетом выражений (2.26) и (2.27) по известной поверхностной деформации  и , определяемой свойствами материала и режимными параметрами, позволяет прогнозировать прогиб образца или назначить режимы обработки, исходя из ее интенсивности, оцениваемой прогибом образца. Для удобства записи, совместив начало координат со срединным слоем, для остаточных напряжений при односторонней обработке пластины получим (рисунок 2.7):

 при ,(2.35)

 при .(2.36)

Рисунок 2.7 - Эпюры НДС при динамической обработке пластины: а - создаваемые наклепом; б - от изгиба с растяжением; в - от остаточных напряжений.

В пластически деформированном слое остаточные напряжения определяются разностью напряжений, вносимых обработкой, и напряжений объемной упругой деформации, а в остальной части они соответствуют только напряжениям упругой деформации.

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПОВЕРХНОСТНОГО НАКЛЕПА УДАРАМИ ШАРИКОВ

Моделью называется система представлений, зависимостей, условий и ограничений, описывающих исследуемый или описываемый процесс или явление. Модель представляет собой отображение объективной реальности и может иметь разную природу, структуру и форму представления.

В практике расчетов используют как аналитические, так и численные методы. Первые базируются на математических методах решения краевых задач, обычно сложных и трудоемких, и зачастую ограничены достаточно простыми геометрическими формами тел и схем нагружения. Численные методы, к которым относится, в частности, метод конечных элементов (МКЭ), напротив, не ограничены ни формой тел, ни способом приложения нагрузки [9].

Построение физической модели включает в себя идеализацию свойств конструкции и внешних воздействий.

В общем случае конструкция, изготовленная из реального материала, находящаяся под действием внешних нагрузок, может иметь много особенностей, включающих в себя несовершенство формы, несплошность и неоднородность свойств материала, особенности в характере внешнего нагружения. В практических расчетах учесть все имеющиеся особенности конструкции, материала и нагружения невозможно. Поэтому, приступая к практическим расчетам, необходимо заменять реальные тела некоторыми идеализированными объектами - «механическими моделями».

3.1 Описание конечно-элементной модели

Обработка ударами шариков характеризуется локальностью пластического деформирования поверхности детали. В результате силового воздействия деформирующей среды на поверхности создаются лунки, обуславливающие определенное НДС по толщине. При полном покрытии поверхности отпечатками можно предположить что, что сжатие всех слоев по толщине в среднем будет соответствовать деформациям осевого сжатия под одним отпечатком. При деформированном состоянии каждого слоя нетрудно определить изменение формы и размеров заготовки в целом.

При обработке ППД осуществляется сложное нагружение. Последующие удары вблизи каждого отпечатка веду к перераспределению деформаций таким образом, что при отсутствии объемных изменений размеры детали в среднем при полном укрытии поверхности отпечатками оказываются неизменными. В работе [44] показано, что обработка ППД состоит в сложном взаимодействии многократных первичных деформаций прямого нагружения, разгрузки и вторичных деформаций последующего нагружения.

Геометрическая модель представляет собой пластину толщиной  и радиусом  и шарик диаметром  (рисунок 3.1, а).

а                                             б

Рисунок 3.1 - Модель одиночного удара шариком: а - 2D-геометрическая модель и граничные условия; б - конечно-элементная модель и типы конечных элементов

Конечно-элементная сетка генерируется средствами программы Abaqus и необходима для реализации расчета МКЭ. Размер элемента задается пользователем. По рекомендации [31], выбраны элементы RAX2 и CAX4R (рисунок 3.1, б).

Типы конечных элементов, используемые при моделировании:

-  RAX2 2-узловой линейный осесимметричный жесткий элемент, для применения в осесимметричной плоской постановке;

-       CAXR4R 4-узловой билинейный осесимметричный квадратичный элемент, редуцированная интеграция, для применения в осесимметричной плоской постановке.

Граничные условия (рисунок 3.1, а):

-  на вертикальной грани модели пластины задано условие симметрии;

-       горизонтальная грань жестко защемлена;

-       в произвольной точке шарика задается скорость .

Начальные условия

-  в модели отсутствуют начальные напряжения и деформации при моделировании однократного удара;

-       в модели присутствуют напряжения и деформации образованные на этапе предыдущего нагружения для многократных ударов.

Упрощения, принятые при моделировании:

-  шарик является абсолютно жестким телом;

-       тепловые процессы от пластического деформирования и контактного трения не учитываются;

-       горизонтальная составляющая вектора скорости шарика не учитывается;

-       пластина сплошная, однородная с изотропными механическими свойствами.

Физико-механические свойства представляют собой и ряд параметров, присвоенных геометрической модели для получения отклика в процессе моделирования.

Свойства материалов задаются в табличной форме в соответствующих настройках модели в системе Abaqus CAE. Ниже приведены физико-механические характеристики и коэффициенты трения материалов применяемых при моделировании. Данные по физико-механическим свойствам моделируемых материалов приведены в виде таблиц 3.1, 3.2, 3.3.

Таблица 3.1

Физические свойства моделируемых материалов

Марка материала	Плотность Модуль Юнга Коэффициент Пуассона
Д16Т	2770	72	0,34
30ХГСА	7840	210	0,28
ВТ-22	4620	110	0,32	2700	-	-
ШХ15	7840	-	-

Таблица 3.2

Коэффициенты трения скольжения пар трущихся материалов

Трущиеся материалы (насухо)	Коэффициент трения
30ХГСА-ШХ15	0,07
Стекло-30ХГСА	0,03
ШХ15-Д16Т	0,12

Таблица 3.3

Механические свойства моделируемых материалов

Марка материала	Предел временной прочности Предел текучести (условный предел текучести) Относительное удлинение при разрыве
Д16Т	490	320	0,15
30ХГСА	1100	830	0,20
ВТ-22	1250	950	0,10

Приведенных данных достаточно для создания модели и проведения моделирования численным методом.

3.2 Анализ сходимости результатов моделирования

Следующим этапом является создание конечно-элементной сетки. Прежде, чем построить сетку, необходимо определить размер элемента. Размер элемента влияет на ошибку вычислений и время расчет. Для выбора наиболее приемлемого размера элемента проведена серия расчетов, в которой измерялся диаметр отпечатка  и относительная погрешность вычислений  определенная по формуле

,(3.1)

где ,  - диаметр отпечатка при текущем и минимальном размере элемента соответственно. Согласно рекомендациям [31] размер элемента лежит в диапазоне . На рисунке 3.2 представлен график сходимости результатов моделирования.

Рисунок 3.2 - График сходимости результатов моделирования в зависимости от размера конечного элемента

Анализ сходимости результатов моделирования позволяет сделать вывод:

.        В диапазоне размера элемента  ошибка вычислений составляет не более 1%.

.        Принятое значение размера элемента  позволяет сократить время расчета до 30 секунд.

3.3 Диапазон значений варьируемых параметров при моделировании

В рамках исследования варьируются следующие параметры:

.   Материал пластины:

-   алюминиевый деформируемый сплав Д16Т по ГОСТ 4784-97;

-        конструкционная сталь 30ХГСА по ГОСТ 4543-71;

         деформируемый титановый сплав ВТ-22 по ГОСТ 19807-91.

Материалы выбраны согласно таблице 1.1.

2.      Диаметр шариков  согласно производственной инструкции ПИ 949-69 «Поверхностное упрочнение деталей из алюминиевых сплавов».

.        Материал шариков:

-   сталь подшипниковая по ГОСТ 801-78 (для упрочнения 30ХГСА и Д16Т);

-        стекло силикатное по ТУ 8825-95 (для упрочнения ВТ-22) с целью избегания межкристаллитной коррозии.

4. Толщина пластины согласно рекомендациям [44]:

-        (для Д16Т);

          (для 30ХГСА и ВТ-22).

.        Скорость удара шариков,  что соответствует диапазону скоростей промышленных ударно-барабанных установок УБЯ (см. таблицу 1.2).

Таблица 3.4

Масса одного шарика для моделируемых материалов в г

Материал	Диаметр шарика, мм
	4	5	6	7	8
ШХ15	0,26	0,51	0,89	1,41	2,10
Стекло силикатное	0,09	0,18	0,31	0,48	0,72

 

.4 Результаты моделирования

Результатом моделирования является эпюры НДС пластины. Для проведения анализа эпюры представлены в виде графиков (рисунок 3.4, 3.5, 3.6). На эпюрах показаны кривые осевой составляющей деформации пластины по глубине пластины

, (3.2)

где  - осевые деформации;  - координата вдоль оси.

Также на эпюрах показаны радиальная составляющая напряжений вносимых обработкой по глубине пластины

, (3.3)

где  - радиальные напряжения.

Для наглядности на рисунке 3.3 приведен пример результатов моделирования при диаметре шарика 6 мм, скорости удара 5 м/с для материала Д16Т.

модель упрочнение авиационный деталь

а        б                 в

Рисунок 3.3 - НДС пластины: а - деформации ; б - напряжения , МПа; в - перемещения вдоль оси z

Д16Т

ХГСА

ВТ-22

Рисунок 3.4 - Эпюры НДС пластины из моделируемых материалов при диаметре шарика 6 мм в зависимости от скорости удара

Д16Т

ХГСА

ВТ-22

Рисунок 3.5 - Эпюры НДС пластины из моделируемых материалов при скорости удара 5 м/с в зависимости от диаметра шарика

Д16Т

ХГСА

ВТ-22

Рисунок 3.6 - Эпюры НДС пластины из моделируемых материалов при скорости удара 5 м/с и диаметре шарика 6 мм в зависимости от кратности удара

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Конечная цель моделирования - принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа результатов моделирования.

Этап анализа результатов не может существовать автономно. Полученные выводы часто способствуют проведению дополнительной серии экспериментов, а подчас и изменению задачи.

Основой выработки решения служат результаты тестирования и экспериментов. Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, на предыдущих этапах были допущены ошибки. Если такие ошибки выявлены, то требуется корректировка модели, то есть возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям моделирования

4.1 Определение показателя поверхностной деформации при одиночном ударе шариком

При моделировании определить прямыми измерениями показатель поверхностной деформации  сложно. Его можно рассчитать по формуле (2.12), зная диаметр отпечатка . Диаметр отпечатка можно рассчитать из геометрических соотношений по формуле

,(4.1)

где  - глубина отпечатка.

Таблица 4.1

Определение показателя поверхностной деформации при одиночном ударе

Материал	Параметр
Д16Т	4	0,005	0,36	0,06
	5	0,017	0,65	0,11
	6	0,030	0,84	0,14
	7	0,042	1,00	0,17
	8	0,054	1,13	0,19
30ХГСА	4	0,003	0,29	0,05
	5	0,011	0,51	0,09
	6	0,019	0,67	0,11
	7	0,026	0,79	0,13
	8	0,033	0,88	0,15
ВТ-22	4	0,001	0,15	0,03
	5	0,005	0,34	0,06
	6	0,009	0,46	0,08
	7	0,013	0,56	0,09
	8	0,018	0,65	0,11

По данным таблицы 4.1 строится график для последующего анализа.

Рисунок 4.1 - Зависимость показателя поверхностной деформации при однократном ударе от скорости удара шарика для моделируемых материалов

После аппроксимации полученных данных методом наименьших квадратов можно получить зависимости (таблица 4.2)

Таблица 4.2

Функции полученные методом наименьших квадратов

Материал	Функция	Погрешность
Д16Т	<1%
30ХГСА	<1%
ВТ22	<1%

Проанализировав результаты можно сделать выводы:

1. Результаты моделирования аппроксимируются степенными зависимостями (см. таблицу 4.2).

2.      Для одинаковых скоростей удара показатель поверхностной деформации для Д16Т заметно больше чем для 30ХГСА и ВТ-22.

.        При увеличении скорости удара показатель поверхностной деформации для Д16Т возрастает сильнее, чем для 30ХГСА и ВТ-22.

4.2 Определение показателя поверхностной многоударной деформации

Для обеспечения равномерности покрытия параметр Пуассона (рисунок 2.3), в таком случае вероятность того, что любой участок поверхности детали будет хотя бы однократно обработан составит

Следовательно, почти со 100%-й вероятностью будет обеспечиваться равномерность обработки [44].

Показатель поверхностной деформации  оценивается соотношением:

,(4.2)

где  - диаметр отпечатка;

 - диаметр шарика.

При многоударном контактном деформировании образцов происходит увеличение диаметра отпечатка. Величина  представляет собой отношение:

 (4.3)

где  - показатель поверхностной деформации при многократном ударе.

По результатам моделирования строится график (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - Изменение показателя поверхностной многоударной деформации  от кратности удара для моделируемых материалов

После аппроксимации полученных данных методом наименьших квадратов можно получить зависимости (таблица 4.3)

Таблица 4.3

Функции, полученные методом наименьших квадратов

Материал	Функция	Погрешность
Д16Т	<1%
30ХГСА	<1%
ВТ22	<1%

Анализ результатов показывает что:

1. Результаты моделирования аппроксимируются полиномиальными зависимостями (см. таблицу 4.3).

2.      При одних скоростях удара показатель поверхностной многоударной деформации для Д16Т заметно больше чем для 30ХГСА и ВТ-22.

.        При увеличении параметра Пуассона показатель поверхностной многоударной деформации для Д16Т возрастает сильнее, чем для 30ХГСА и ВТ-22.

4.      Показатель поверхностной многоударной деформации при  составляет для материалов Д16Т, 30ХГСА, ВТ-22 соответственно:, , , упрочняемость Д16Т - наилучшая.

4.3 Определение глубины пластически деформированного слоя

Глубину пластически деформированного слоя можно определяет толщину упрочненного слоя.

По результатам моделирования строится график (рисунок 4.3).

После аппроксимации полученных данных методом наименьших квадратов можно получить зависимости (таблица 4.4)

Рисунок 4.3 - Зависимость глубины пластически деформированного слоя от соотношения  для моделируемых материалов

Таблица 4.4

Функции полученные методом наименьших квадратов

Материал	Функция	Погрешность
Д16Т	<2%
30ХГСА	<2%
ВТ22	<1%

Проанализировав результаты можно сделать вывод:

1. Результаты моделирования аппроксимируются линейными зависимостями (см. таблицу 4.4).

2.      Глубина пластически деформированного слоя для Д16Т заметно больше чем для 30ХГСА и ВТ-22 при том же соотношении .

.        Глубина пластически деформированного слоя для ВТ-22 больше чем для 30ХГСА при том же соотношении .

Определение напряжений, вносимых обработкой

Напряжения в поверхностном слое при динамическом упрочнении ударами шариков играют значительную роль.

По результатам моделирования строится график (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 - Зависимость сжимающих напряжений в поверхностном слое от скорости удара шариком

После аппроксимации полученных данных методом наименьших квадратов можно получить зависимости (таблица 4.5)

Таблица 4.5

Функции, полученные методом наименьших квадратов

Материал	Функция	Погрешность
Д16Т	<1%
30ХГСА	<1%
ВТ22	<1%

Проанализировав результаты можно сделать вывод:

1. Результаты моделирования аппроксимируются логарифмическими зависимостями (см. таблицу 4.5).

2.      Напряжения в поверхностном слое с увеличением скорости наибольшие для 30ХГСА и наименьшие для Д16Т.

.        Зависимость вносимых напряжений от скорости удара возрастает незначительно для Д16Т и значительно для 30ХГСА и ВТ22.

Кратность приложения нагрузки незначительно влияет на остаточные сжимающие напряжения в поверхностном слое. Это наглядно демонстрируется на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 - Зависимость сжимающих напряжений в поверхностном слое от параметра кратности удара

После аппроксимации полученных данных методом наименьших квадратов можно получить зависимости (таблица 4.6)

Таблица 4.6

Функции, полученные методом наименьших квадратов

Материал	Функция	Погрешность
Д16Т	<3%
30ХГСА	<2%
ВТ22	<3%

Анализ результатов показывает что:

1. Результаты моделирования аппроксимируются линейными зависимостями (см. таблицу 4.6).

2.      Напряжения, вносимые обработкой при увеличении кратности удара наибольшие для 30ХГСА и наименьшие для алюминиевого сплава Д16Т.

4.5 Определение прогиба пластины

Зная НДС пластины можно методом графического интегрирования определить удельный изгибающий момент по формуле (2.24). После подстановки в формулу (2.34) можно определить значения прогиба по данным НДС.

Зависимость прогиба образца-свидетеля от скорости удара шариком представлена на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 - Зависимость прогиба от скорости удара шариком при диаметре шарика 6мм

После аппроксимации полученных данных методом наименьших квадратов можно получить зависимости (таблица 4.7)

Таблица 4.7

Функции, полученные методом наименьших квадратов

Материал	Функция	Погрешность
Д16Т	<1%
30ХГСА	<2%
ВТ22	<1%

Зависимость прогиба образца-свидетеля от кратности удара шариком представлена на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 - Зависимость прогиба образца-свидетеля от кратности удара

После аппроксимации полученных данных методом наименьших квадратов можно получить зависимости (таблица 4.8)

Таблица 4.8

Функции, полученные методом наименьших квадратов

Материал	Функция	Погрешность
Д16Т	<1%
30ХГСА	<1%
ВТ22	<1%

Зависимость прогиба образца-свидетеля от диаметра шарика представлена на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8 - Зависимость прогиба образца-свидетеля от диаметра шарика

После аппроксимации полученных данных методом наименьших квадратов можно получить зависимости (таблица 4.9)

Таблица 4.9

Функции, полученные методом наименьших квадратов

Материал	Функция	Погрешность
Д16Т	<1%
30ХГСА	<1%
ВТ22	<1%

Анализ результатов показывает что:

1. Результаты моделирования аппроксимируются линейными зависимостями при изменении диаметра шарика и кратности ударов, при изменении скорости удара зависимость носит криволинейный характер.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УПРОЧНЕНИЯ УДАРНО-БАРАБАННЫМ МЕТОДОМ

Эксперимент - это метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуется явление действительности.

Под инженерным экспериментом (ИЭ) понимается совокупность опытов, объединенных единой целью и единой системой ограничений в пространстве и во времени.

По классификации[10] ряд проведенных экспериментов являются измерительными - проводятся с целью выявления количественных характеристик процесса.

Оборудование для проведения эксперимента можно разделить на:

-  измерительные приборы;

-       испытательная аппаратура;

-       образец для эксперимента.

План эксперимента - это общий термин. Он представляет набор инструкций для проведения эксперимента, в которых указывается последовательность работы, характер и величина изменений переменных и даются указания о проведении повторных экспериментов.

Последовательность проведения эксперимента означает порядок, в котором вносятся изменения в работу испытательной аппаратуры.

Любой эксперимент может быть разбит на четыре основных этапа:

) постановка задачи эксперимента (его цель);

) планирование эксперимента;

) подготовка и проведение эксперимента;

В данной работе проведены следующие эксперименты:

.   Определение плотности упаковки шариков;

2.      Оценка влияния времени упрочнения на прогиб образца-свидетеля;

.        Оценка влияния времени обработки на твердость поверхностного слоя.

 

.1 Определение плотности упаковки шариков

В процессе упрочнения методом поверхностного пластического деформирования ударами шариков плотность упаковки является определяющим фактором равномерности и длительности процесса обработки.

При расчете параметров обработки используется модель гексагональной упаковки кругов на плоскости. На самом деле шарики падают на поверхность детали произвольным образом.

Целью эксперимента является исследование плотности упаковки шариков.

Комплектация эксперимента:

1. Экспериментальное устройство БУОС-0,13-0,15.

2.      Микроскоп МБС-9 (увеличение от 4 до 100).

.        Комплект образцов-свидетелей с нанесенным индикаторным покрытием (6 шт.).

.        Универсальный токарный станок модели 16Б05П.

.        Ключ для трехкулачкового патрона.

.        Комплект крепежа для крепления образцов-свидетелей:

-  винт М4х50 ГОСТ 17473-80 (2 шт.);

-       гайка М4 ГОСТ 3032-76 (2 шт.);

-       шайба 4 ГОСТ 11371-78 (2 шт.).

7. Отвертка 7810-0996 ГОСТ 17199-88.

8.      Шарики стальные диаметром 6 мм ГОСТ 3722-81 общей массой 0,8 кг.

Для проведения эксперимента используется устройство БУОС-0,13-0,15 (рисунок 5.1). Устройство (рисунок 5.1 а) состоит из бункера с цилиндрическим хвостовиком (4), в который засыпаются шарики (2). В бункере установлены четыре ложемента (5), на которые устанавливаются обрабатываемые образцы-свидетели (1). Образцы свидетели фиксируются с помощью винтов (6), шайб (7)и гаек (8). С целью избегания высыпания шариков из бункера на него накручивается крышка (3). Хвостовик (11) зажимается в трехкулачковый патрон (10) токарного станка (9) (рисунок 5.1 б). Токарный станок имеет плавное регулирование частоты вращения шпинделя. Счет количества оборотов осуществляется по отметке визуальным способом.

а                                             б

Рисунок 5.1 - Экспериментальное устройство БУОС-0,13-0,15: а - общий вид устройства; б - крепление устройства к токарному станку; 1 - образец-свидетель; 2 -шарики; 3 - крышка; 4 - бункер; 5 - ложемент; 6 - винт; 7 - шайба; 8 - гайка; 9 - токарный станок 16Б05П; 10 - трехкулачковый патрон; 11 - хвостовик

Для эксперимента используются образцы-свидетели, изготовленные из алюминиевой фольги по ГОСТ 618-73 толщиной 0,2 мм (рисунок 5.2).

На поверхность образца-свидетеля нанесено индикаторное покрытие с малой адгезией. Каждый образец пронумерован. Номер образца-свидетеля соответствует количеству ударных воздействий потоком шариков. Один оборот устройства БУОС-0,13-0,15 соответствует одному ударному воздействию потоком шариков.

Рисунок 5.2 - Экспериментальные образцы-свидетели: верхний - без покрытия; нижний - с нанесенным индикаторным покрытием

Методика проведения эксперимента:

1. Положить бункер на лабораторный стол.

2.      Установить образец-свидетель в бункер на один из ложементов, фиксировать винтами и шайбами. Убедиться в целостности индикаторного слоя на образце-свидетеле.

.        Поворотом барабана развернуть ложемент с образцом-свидетелем в верхнее положение.

.        Засыпать шарики в количестве 0,8 кг из контейнера. Убедиться в целостности индикаторного слоя на образце-свидетеле.

.        Закрутить крышку на бункере без проворота бункера на лабораторном столе.

.        Перенести бункер в горизонтальном положении к токарному станку.

.        Установить и закрепить бункер в трехкулачковом патроне токарного станка без проворота, зажать ключом.

.        Установить частоту вращения шпинделя, равную 120 1/мин. Включить станок, после проворота барабана на заданное количество оборотов, выключить станок.

.        Раскрепить и снять бункер со станка без проворота бункера, перенести и установить без проворота на лабораторный стол.

.        Открутить крышку, высыпать шарики в контейнер, извлечь образец-свидетель. Убедиться в целостности индикаторного слоя на образце-свидетеле.

.        Повторить п. 1-10 для последующего образца-свидетеля из комплекта.

.        Установить образец-свидетель на рабочий стол микроскопа МБС-9.

.        Измерить количество отпечатков на заданном участке, занести значение в таблицу 5.1.

.        Повторить п. 13 для последующего образца-свидетеля из комплекта.

Анализ образцов-свидетелей показывает, что образцы-свидетели №1, 2, 3 имеют четкие и контрастные отпечатки от удара потоком шариков. На образцах №5, 10, 20 отпечатки размытые. Это объясняется скольжением шариков по поверхности индикаторного слоя образца-свидетеля. Поэтому образцы №5, 10, 20 отбраковываются ввиду невозможности определения количества отпечатков.

а

1   2                3                 5               10               20

б

Рисунок 5.3 - Комплект образцов-свидетелей после обработки: а - общий вид; б - фрагменты соответствующих образцов-свидетелей (увеличение в 2 раза)

Методика измерения количества отпечатков:

1.      На образце выделяются 4 одинаковых участка размером 20х20 мм. Площадь участка будет равна .

.        На каждом участке визуально определяется количество отпечатков , значения заносятся в таблицу 5.1.

1. Среднее количество отпечатков на участке определяется по формуле:

.(5.1)

2. Количество отпечатков за один оборот определяется по формуле

.(5.2)

3. Площадь сечения шарика по миделю

4.      Плотность упаковки  определяется по формуле:

 (5.3)

Результаты эксперимента и результаты расчетов сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Сводная таблица результатов эксперимента

Номер участка	Количество отпечатков  для соответствующего участка
	№1	№2	№3
1	14	28	41
2	13	25	37
3	12	26	39
4	13	24	38
13,025,838,8
13,012,912,9
0,920,910,91

Относительная погрешность определения плотности упаковки шариков на плоскости  составит:

Анализ результатов эксперимента позволяет сделать вывод:

1. Нанесение отпечатков имеет хаотически порядок, что подтверждается экспериментально.

2.      Шарики, помимо ударного воздействия, совершают скольжение по поверхности образца-свидетеля, что в совокупности с «сухим» трением приводит к износу поверхности.

3.      Среднее экспериментальное значение плотности упаковки шариков на плоскости составляет .

.        Относительная погрешность определения плотности упаковки шариков на плоскости составляет , что приемлемо для инженерных расчетов.

.        Для обеспечения равномерности обработки необходимо применение реверсного режима.

5.2 Исследование влияния времени упрочнения на прогиб образца-свидетеля

В процессе обработки поверхностным пластическим деформированием ударно-барабанным методом время обработки является единственным режимным параметром при прочих равных. Недостаточное время обработки сказывается на равномерности покрытия. Превышение минимально потребного времени для равномерной обработки отрицательно сказывается на технико-экономических показателях и снижает эффективность упрочнения за счет стесывания поверхности во время длительной обработки.

При упрочнении методом поверхностного пластического деформирования ударами шариков в поверхностном слое создается определенное НДС. Параметры НДС контролируются по связанному параметру - прогибу образца-свидетеля.

Для контроля обработки используются стандартные образцы свидетели.

Целью эксперимента является исследование зависимости прогиба образца-свидетеля от времени упрочнения.

Комплектация эксперимента:

1. Экспериментальное устройство БУОС-0,13-0,15.

2.      Индикатор ИЧ 10 ГОСТ 577-68 (цена деления 0,01 мм).

.        Стойка.

.        Два комплекта образцов-свидетелей из материала Д16Т по четыре образца-свидетеля в каждом комплекте.

.        Универсальный токарный станок модели 16Б05П.

.        Ключ для трехкулачкового патрона.

.        Комплект крепежа для крепления образцов-свидетелей:

-  винт М4х50 ГОСТ 17473-80 (8 шт.);

-       гайка М4 ГОСТ 3032-76 (8 шт.);

-       шайба 4 ГОСТ 11371-78 (8 шт.).

8. Отвертка 7810-0996 ГОСТ 17199-88.

9.      Шарики стальные диаметром 6 мм ГОСТ 3722-81 общей массой 0,8 кг.

.        Секундомер ГОСТ 8.423-81.

Для проведения эксперимента используется лабораторная установка БУОС-0,13-0,15 (см. рисунок 5.1).

Схема измерения прогиба образца-свидетеля представлена на рисунке 5.4. Обработанный образец-свидетель (1) устанавливается на базовую поверхность (2) обработанной поверхностью вниз. Измерительный наконечник измерительного стержня индикатора часового типа (ГОСТ 577-68) опускается на поверхность образца-свидетеля и обнуляется. Таким образом, измеряется толщина H образца-свидетеля с точностью до 0,01мм. Для измерения стрелы прогиба образец-свидетель переворачивается, обработанной поверхностью вверх. При помощи индикатора часового типа измеряется стрела прогиба  с точностью до 0,01мм. Измеренные данные заносятся в таблицу 5.2.

а                                                                б

Рисунок 5.4 - Схема измерения прогиба образца-свидетеля: а - измерение толщины; б - измерение стрелы прогиба; 1 - образец-свидетель; 2 - плита; 3 - индикатор часового типа

С целью снижения трудоемкости эксперимента используются два комплекта образцов-свидетелей по 4 шт. каждый. Таким образом, комплект образцов-свидетелей обрабатывается по хронологии, представленной на рисунке 5.5. Образцы-свидетели из комплекта А обрабатываются с интервалом 10 мин, из комплекта Б обрабатываются с интервалом 15 мин.

Рисунок 5.5 - Хронологическая диаграмма обработки образцов-свидетелей

При этом время обработки образца-свидетеля №3 из комплекта А совпадает с временем обработки образца-свидетеля №2 из комплекта Б, этим обеспечивается перекрытие значений.

Методика проведения эксперимента:

1. Настроить станок на частоту вращения шпинделя 120 1/мин. Включить станок на заданное время согласно (рисунок 5.5).

2.      Установить образцы-свидетели (4шт) в бункер, фиксировать винтами, гайками с шайбами.

.        Засыпать шарики в бункер в количестве 0,8 кг.

.        Накрутить крышку на бункер.

.        Установить бункер в трехкулачковый патрон токарного станка, зажать ключом.

.        Установить частоту вращения шпинделя, равную 120 1/мин. Включить вращение шпинделя, фиксировать время обработки 10 мин при помощи секундомера.

.        Остановить вращение шпинделя.

.        Расфиксировать трехкулачковый патрон, снять бункер.

.        Открыть крышку бункера, высыпать шарики в контейнер.

.        Расфиксировать и извлечь один образец-свидетель из бункера.

.        Повторить п. 3 - 11 три раза.

.        Повторить п. 2 - 12 для интервала времени 15 мин.

.        Измерить величину прогиба образца-свидетеля. Занести значение в таблицу 5.2.

Стойка для измерения прогиба образца-свидетеля состоит из стойки (11) с плитой, на которую устанавливается образец-свидетель. На стойке закрепляется индикатор часового типа ИЧ 10 (10) для измерения стрелы прогиба.

Рисунок 5.5 - Стойка для измерения стрелы прогиба: 1 - индикатор; 2 - держатель; 3 - плита

Методика определения стрелы прогиба образца-свидетеля.

1. Установить наконечник измерительного стержня индикатора часового типа на плиту. Поворотом циферблата совместить стрелку нулем на циферблате.

2.      Установить обработанный образец-свидетель между плитой и наконечником измерительного стержня обработанной поверхностью к плите.

.        Снять значение толщины образца свидетеля и занести в таблицу 5.2.

.        Перевернуть образец-свидетель и установить между плитой и наконечником измерительного стержня обработанной поверхностью от плиты.

5.      Снять значение прогиб образца-свидетеля  и занести в таблицу 5.2.

.        Рассчитать стрелу прогиба по формуле

 (5.2)

7. Построить график зависимости прогиба от времени обработки.

Таблица 5.2

Прогиб образцов-свидетелей в зависимости от времени

	Время обработки , минТолщина образца-свидетеля , ммПрогиба , ммСтрела прогиба образца-свидетеля , мм
Комплект А	10	2,04	3,25	1,21
	20	2,04	3,52	1,48
	30	2,01	3,70	1,69
	40	2,02	3,75	1,73
Комплект Б	15	2,03	3,33	1,30
	30	2,01	3,65	1,64
	45	2,03	3,79	1,76
	60	2,01	3,60	1,59

На основании результатов измерений (см. таблицу 5.2) строится график отображающий зависимость прогиба от времени обработки (рисунок 5.6).

Разброс экспериментального значения прогиба для времени обработки 30 мин рассчитывается по формуле

.(5.3)

Рисунок 5.6 - График зависимости стрелы прогиба от времени обработки

Анализ результатов эксперимента показывает что:

1. Зависимость прогиба от времени обработки сначала возрастает, затем спадает - это можно объяснить тем, что происходит разупрочнение в результате стесывания поверхности.

2.      Зависимость прогиба образца-свидетеля от времени аппроксимируется уравнением  с погрешностью не более 2%.

.        Прогиб образца-свидетеля достигает максимума в значении , при .

.        Разброс экспериментального значения прогиба при  .

.        Завышение времени обработки негативно сказывается на качестве обработки.

5.3 Исследование влияние времени обработки на твердость поверхностного слоя

Твёрдость - свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела - индентора (ГОСТ 9013-59).

Твёрдость определяется как отношение величины нагрузки к площади или объему поверхности отпечатка.

Поверхностная твёрдость - отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка.

Метод измерения твердости по Роквеллу заключается во внедрении в поверхность образца или изделия алмазного конуса или стального сферического наконечника под действием последовательно прилагаемых предварительного и основного усилия и в определении глубины внедрения наконечника после снятия основного усилия.

Целью эксперимента является исследование зависимости твердости поверхности образца-свидетеля от времени упрочнения.

Комплектация эксперимента:

1. Два комплекта образцов-свидетелей из материала Д16Т по четыре образца в каждом.

2.      Твердомер ТК-2 по ГОСТ 13407-67.

Методика проведения эксперимента:

1. На цилиндрическую опору в рабочей зоне твердомера устанавливается образец-свидетель.

2.      Поворотом рукоятки создается предварительная нагрузка 10 кгс.

.        Нажимается кнопка для создания основного усилия 100 кгс.

4.      C индикатора снимается показание твердости по шкале HRB.

.        Данные заносятся в таблицу 5.3.

.        По результатам измерений строится график (рисунок 5.8) для анализа.

Рисунок 5.7 - Рабочая зона твердомера ТК2: 1 - держатель с шариком; 2 - образец-свидетель; 3 - призма; 4 - цилиндрическая опора

Для измерения обработанных образцов-свидетелей применяется специальные приспособления (рисунок 5.7, б). Это необходимо для того чтобы прогиб образцов-свидетелей не повлиял на результаты измерений. При такой схеме установки образца-свидетеля контакт происходит по линии и во время приложения основной нагрузки прогиб образца-свидетеля не влияет на процесс замера.

Таблица 5.3

Результаты измерения твердости упрочненных образцов-свидетелей

	Время обработки , минЗначение твердости по зонамСредняя
		1	2	3
Комплект А	10	90	90	90	90
	20	91	92	91	91
	30	91	92	92	92
	40	92	92	92	92
Комплект Б	15	90	90	90	90
	30	91	92	92	92
	45	92	92	92	92
	60	92	92	92	92

Рисунок 5.8 - График зависимости твердости поверхности образцов-свидетелей в зависимости от времени обработки

Твердость необработанной поверхности образцов-свидетелей составляет 89 HRB.

В данном случае метод измерения твердости по Роквеллу достаточно груб. Глубина вдавливания шарика соизмерима с глубиной пластически деформированного слоя.

Анализ результатов эксперимента показывает что:

1. Твердость поверхности увеличивается для режима 30 минут и составляет HRB 92. Дальнейшее увеличение времени обработки не приводит к увеличению твердости поверхности.

2.      Обработкой в установке БУОС-0,13-0,15 можно получить увеличении твердости поверхности с 89 HRB до 92 HRB для сплава Д16Т. Время обработки при этом не более 30 мин.

.        Незначительно увеличение твердости поверхности можно объяснить неправильным выборам метода измерения твердости. Для получения более достоверных результатов рекомендуется произвести измерения микротвердости.

.        Для получения более достоверных значений твердости поверхности рекомендуется использовать метод измерения микротвердости на приборе ПМТ -3.

.        Для исследования изменения твердости по глубине образца-свидетеля рекомендуется изготовить серию микрошлифов и исследовать их в лаборатории электронной микроскопии.

6. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ ABAQUS

На данном этапе рассматривается экономическая эффективность применения CAE системы Abaqus для назначения режимов ударно-барабанного упрочнения.

6.1 Принципы оценки экономической эффективности

Необходимость автоматизации процессов проектирования связана с ростом сложности проектируемой техники и технологии, а также с проблемой сокращения сроков создания новых товаров, что в условиях рыночно-хозяйственных отношений и конкуренции является чрезвычайно актуальной.

На предприятиях с массовым и крупносерийным производством особенно повышаются требования к качеству проектного решения. Даже незначительной уменьшение, например, расхода металла, топлива, энергии или трудозатрат в одном технологическом процессе дает большой экономический эффект при изготовлении сотен тысяч и миллионов деталей.

Процессы ABAQUS объединяют не только функции конструирования изделий, выполнения необходимых чертежей и разработки программного обеспечения для оборудования с ЧПУ (числовым программным управлением), но и целый ряд функций, непосредственно связанных с управлением технологическими процессами и производством в целом. Объединение этих функций особенно эффективно при создании ГПС (гибких производственных систем).

В данном случае применение ABAQUS в сфере проектирования сокращает сроки и снижает трудоемкость работ и, как следствие, повышает результативность деятельности проектных и технологических организаций, проявляющуюся в увеличении годового объема работ или условном высвобождении численности проектировщиков.

Система основных показателей экономической эффективности ABAQUS включает в себя [8]:

- годовой экономический эффект ;

интегральный экономический эффект ;

коэффициент общей (абсолютной) экономической эффективности .

Величина годового экономического эффекта определяется по формуле

, (6.1)

где  - снижение себестоимости проектирования в расчетном году, грн;

 - экономия -го года от снижения себестоимости изготовления объектов, спроектированными средствами ABAQUS, грн;

 - экономия -го года от снижения эксплуатационных расходов на объектах, спроектированных за год средствами ABAQUS, грн;

 - нормативный коэффициент эффективности;

 - дополнительные капитальные вложения проектных организаций на ABAQUS (обучение персонала, стоимость пробной эксплуатации), грн.;

 - общие косвенные затраты на создание электронной модели, грн.

Сумма годового экономического эффекта распределяется между всеми организациями-участниками разработки, внедрения и применения электронной модели двумя способами. В случае, когда организации-соисполнители принимает участие во всех этапах или когда работы, проводимые на каком-либо этапе разными исполнителями, в научно-техническом отношении примерно равнозначны. Долевое участие в полученном экономическом эффекте рассчитывают пропорционально заработной плате исполнителей. В остальных случаях научно-техническую значимость выполненной операции и долю экономического эффекта устанавливают в соответствии с типовой методикой определения эффективности научно-исследовательских и опытно конструкторских работ.

Расчет интегрального экономического эффекта необходим для обоснования целесообразности финансирования системы ABAQUS как мероприятия научно-технического прогресса. Этот эффект складывается из сумм годовых экономических эффектов за срок службы системы проектирования. В соответствии с опытом эксплуатации значение срока службы ABAQUS до первой модернизации принимают равным шести годам. Величину интегрального экономического эффекта эксплуатации ABAQUS находят по формуле

, (6.2)

где  - годовой экономический эффект -го года эксплуатации ABAQUS, который в целях учета фактора времени в отличии от (6.1) определяют

,(6.3)

 - коэффициент, учитывающий фактор времени для -го года эксплуатации ABAQUS;

 - дополнительная прибыль от долгосрочного введения в эксплуатацию объекта проектирования за счет сокращения срока проектирования и начала использования.

.(6.4)

После чего проверяется условие .можно применять для типового использования или для конкретной организации. В зависимости от ориентации ABAQUS в качестве характеристик базового варианта принимают различные показатели.ориентирована на типовую эксплуатацию, при обосновании целесообразности финансирования ее разработки устанавливаются показатели народнохозяйственной экономической эффективности. В качестве базовых принимаются прогнозируемые на год, предшествующий внедрению системы показатели организации, выполняющей лучшим способом проектные работы при выяснении эффективности функционирования системы в конкретной организации - плановые показатели этой организации на расчетный год, но без влияния результатов внедрения оцениваемой ABAQUS.

Если ABAQUS ориентирована на конкретную организацию, то при обосновании целесообразности финансирования ее разработки берут показатели хозрасчетной экономической эффективности. В качестве базовых - прогнозируемые показатели этой организации на год внедрения или первой промышленной эксплуатации оцениваемой ABAQUS, но без учета автоматизации проектных работ, а при исследовании эффективности внедрения систем отчетные показатели организации на год, предшествующий внедрению оцениваемой ABAQUS.

Снижение себестоимости проектирования изделий укрупнение определяют по формуле

,(6.5)

где  - снижение затрат труда на проектирование в расчетном году, чел.-дней;

 - среднедневная заработная плата проектировщика с учетом доплат, грн.;

 - отчисления в фонды пенсионного, социального страхование и занятости;

 - годовые затраты на эксплуатацию ABAQUS, грн.

При углубленных расчетах снижение себестоимости проектирования исчисляют по всем изменяющимся затратам.

Определение годовой экономии от повышения качества проектных решений базируется на двух принципах. Во-первых, суммируется экономия автоматизации проектирования за весь период изготовления и эксплуатации объектов, спроектированных в расчетном году. Во-вторых, экономия, получаемая в разные годы (на объектах, спроектированных в расчетном году), приводится к году начала проектирования.

Величина годовой экономии от снижения себестоимости изготовления объектов, спроектированных средствами ABAQUS, определяется формулами:

,(6.6)

,(6.7)

где  - удельная экономия от снижения себестоимости изготовления объекта -го типа, грн.;

 - годовая программа изготовления -х изделий в -м году, шт;

 - длительность технологического цикла -го изделия, г;

 - номенклатура изделий -гo года.

Формулу (6.6) используют при коротком технологическом цикле j-ro изделия (меньше года). Формулой (6.7) следует пользоваться при длительном технологическом цикле изделия или объекта (больше года), например корабля или космического объекта.

Величину годовой экономии от снижения эксплуатационных расходов на объектах, которые спроектированы средствами ABAQUS, рассчитывают так:

, (6.8)

где  - годовая экономия от снижения эксплуатационных затрат на -м объекте, грн;

 - количество объектов -го типа, которые эксплуатируются в -м году, шт;

 - номенклатура объектов, которые эксплуатируется в -м году.

Дополнительная нормативная прибыль от досрочного ввода эксплуатацию объектов, спроектированных средствами ABAQUS:

, (6.9)

где  - средний период досрочного ввода в эксплуатацию объектов спроектированных в ABAQUS, лет.

Остальные обозначения такие же, как в формуле (6.1).

При обосновании экономической эффективности ABAQUS допускается использование расчетных и нормативных значений показателей затрат экономии различных ресурсов в стоимостном или натуральном выражении Нормативы затрат и экономии ресурсов разрабатываются на отраслевом уровне и имеют статистическую оценку точности при заданной доверительной вероятности. Действующие нормативы обеспечивают точность для доверительной вероятности в пределах 0,90...0,95.

Нормированию подлежат технико-экономические показатели научно-технического уровня ABAQUS. К ним относятся; процент условного сокращения численности проектировщиков, выполняющих работы, подлежащие автоматизации; среднее снижение трудозатрат на выполнение одной задачи проектирования; фондовооруженность пассивными фондами работника проектной организаций; себестоимость выполнения одной задачи проектирования в базовом и новом вариантах; величина минимально возможного относительного снижения расхода -го вида ресурса при проектировании объекта с применением ABAQUS; среднегодовая экономия, эксплуатационных затрат на объектах, проектируемых с помощью ABAQUS; коэффициент снижения сметной стоимости строительства.

Ниже оценивается экономическая эффективность ABAQUS на примере системы проектирования технологической подготовки производства.

6.2 Оценка экономической эффективности использования ABAQUS

Исходные данные для расчета экономической эффективности использования ABAQUS при определении режимов ударно-барабанной обработки представлены в таблице 6.1 и взяты из источников:

-       тарифная ставка - Постановления Кабинета Министров Украины от 11.05.2011 №524 <#"655102.files/image021.gif">50

2

Средняя трудоемкость разработки одного режима, чел-ч

4530

3

Часовая заработная плата разработчика режимов обработки, грн/ч

1515

4

Коэффициент дополнительной заработной платы

0,20,2

5

Коэффициент, учитывающий сборы в фонды обязательного социального, пенсионного страхования и занятости

0,3750,375

6

Трудоемкость обработки детали (средняя), нормо-ч

0,150,10

7

Часовая заработная плата при обработке деталей, грн/ч

15

8

Стоимость оборудования для обработки деталей, грн

1000011000

Норма амортизационных отчислений для оборудования, %

15

10

Средняя годовая программа деталей, обрабатываемых с помощью режима j-го типа, шт

1570

11

Средний дневной заработок разработчика математический моделей, грн

-120

15

Затраты машинного времени при создании математической модели, ч

-10

16

Затраты на внедрение системы ABAQUS и обучение персонала, грн

-15000

17

Нормативный коэффициент эффективности

-0,2

18

Годовые эксплуатационные издержки на эксплуатацию ABAQUS, грн

-10000

Снижение затрат на разработку режимов ударно-барабанной обработки в t-ом году определяем по формуле (6.5)

Экономия от снижения себестоимости изготовления деталей в t-ом году составит:

Общие производственные капитальные затраты на создание математических моделей ударно-барабанной обработки определим через трудозатраты и стоимость машинного времени:

Экономический эффект от внедрения ABAQUS для разработки режимов ударно-барабанной обработки в соответствии с формулой (6.1) составляет:

Интегральный экономический эффект в соответствии с формулой (6.2) и методикой оценки эффективности САПР как мероприятия НТП составит величину:

Коэффициент общей экономической эффективности капиталовложений во внедрение ABAQUS для исследования оптимальных режимов ударно-барабанной обработки в соответствии с рекомендациями (6.4) будет таким:

Анализ результатов расчета позволяет сделать выводы:

1. При сохранении объемов изготовления и обработки деталей на уровне расчетных величин капиталовложения для внедрения ABAQUS для исследования режимов ударно-барабанной обработки экономически оправданы.

2.      Рассчитанный коэффициент эффективности превышает принятый нормативный уровень 0,2 и составляет 3,7.

.        Интегральный экономический эффект от внедрения системы ABAQUS за 6 лет составляет 308898 грн.

7. ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

 

.1 Охрана труда

Охрана труда - это система правовых, социально-экономических, организационно-технических, санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, направленных на сохранение жизни, здоровья и трудоспособности человека в условиях трудовой деятельности. Данный раздел выполняется с целью осуществления законодательно и технически обоснованных мероприятий при ударно-барабанной обработке, для исключения производственного травматизма и профессиональных заболеваний, улучшения условий труда работников и, тем самым, уменьшения экономических потерь. Для снижения воздействия опасных и вредных производственных факторов, уменьшения вероятности возникновения потенциально возможных чрезвычайных ситуаций и уменьшения или ослабления воздействия поражающих факторов при их возникновении планируется осуществление ряда организационных и технических мероприятий, как на стадии проектирования участка ударно-барабанной обработки, так и в процессе его работы.

7.1.1 Описание участка упрочнения ударно-барабанного упрочнения

Участок ударно-барабанной обработки деталей располагается в отдельном помещении одноэтажного железобетонного здания. Высота помещения составляет 8 метров. В нем насчитывается 6 застекленных окон, аэрационный фонарь, ворота для въезда электрокаров.

В рассматриваемом помещении используются следующие системы жизнеобеспечения: электроснабжение, искусственное освещение, вентиляция, отопление и водоснабжение. Для обеспечения технологического цикла на участке имеется одна установка для ударно-барабанной обработки (УБЯ-2-5), стеллаж для необработанных деталей, стеллаж для обработанных деталей, шкаф, стол для обезжиривания деталей, гидравлический пресс для правки деталей после обработки. Схема участка ударно-барабанной обработки показана на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 - Схема участка ударно-барабанного упрочнения: 1 - стеллаж необработанных деталей; 2 - стол для обезжиривания деталей; 3 - установка УБЯ-2-5; 4 - гидравлический пресс; 5 - стеллаж для обработанных деталей; 6 - путь движения технологического транспорта; 7 - ворота; 8 - окно; 9 - шкаф

7.1.2 Выявление опасных и вредных производственных факторов, действующих на участке ударно-барабанной обработки

В рабочей зоне участка ударно-барабанной обработки действуют следующие опасные и вредные производственные факторы (согласно ГОСТ 12.0.003.74):

. Физические опасные и вредные производственные факторы:

¾  движущиеся машины и механизмы - электрокары, подвозящие к рабочим местам детали, подлежащие обработке, и увозящие готовые обработанные детали;

¾      подвижные части производственного оборудования - подвижная часть гидравлического пресса и ударно-барабанной установки;

¾      изделия, материалы и заготовки, которые перемещаются - тяжелые детали перемещающиеся кран-балкой;

¾      повышенный уровень шума на рабочем месте - шум, вызванный ударами шариков о поверхность детали и стенки установки;

¾      повышенное напряжение тока в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека - ударно-барабанная установка использует для работы высокое напряжение;

¾      острые кромки, заусеницы и шершавость на поверхностях заготовок - поверхности и кромки деталей.

2. Химические опасные и вредные производственные факторы:

¾  общетоксические - бензин А-80 для обезжиривания деталей;

¾      сенсибилизирующие - растворители и лаки на основе нитросоединений, которые используются при периодической покраске средств технологического оснащения.

3. Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы:

¾  нервнопсихические перегрузки - монотонность работы, которая заключается в однообразии трудовых операций и производственной обстановки при ударно-барабанной обработке.

 

7.1.3 Анализ возможных последствий воздействия негативных факторов на рабочих

Ниже приведены последствия для здоровья работающих, которые могут быть реализованы при кратковременном или длительном воздействии выявленных опасных и вредных факторов, действующих на участке ударно-барабанной обработки.

. Физические опасные и вредные производственные факторы:

¾  движущиеся машины и механизмы;

¾      подвижные части производственного оборудования;

¾      изделия, материалы и заготовки, которые перемещаются.

Эти факторы могут нанести механические повреждения, повлечь за собой травмы и стать причиной потери трудоспособности рабочих;

¾  повышенный уровень шума на рабочем месте - способен вызвать нарушения в работе органов слуха, а также стать причиной неврита слухового нерва, кохлеарного неврита, сердечно-сосудистых заболеваниий;

¾      повышенное напряжение тока в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека - может привести к ожогам, нарушению в работе сердечной мышцы и нервной системы, потере сознания и даже летальному исходу;

¾      острые кромки, заусеницы и шершавость на поверхностях заготовок - могут непосредственно нанести механическое повреждение коже рук работающих, что может привести к потере трудоспособности.

2. Химические опасные и вредные производственные факторы:

¾  общетоксические - вызывают отравление организма;

¾      сенсибилизирующие - повышают чувствительность организма к химическим веществам и приводят к аллергическим заболеваниям;

3. Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы:

¾  нервнопсихические перегрузки - монотонность работы может стать причиной снижения внимания к процессу производства, быстрой утомляемости и снижения интереса к трудовому процессу, что влияет на безопасность труда в целом.

7.1.4 Мероприятия по предотвращению возможного воздействия опасных и вредных производственных факторов на рабочих

Рассмотрим организационные и технические мероприятия, выполнение которых предотвратит возможное воздействие выявленных опасных и вредных факторов, действующих в рабочей зоне при ударно-барабанной обработке.

. Физические опасные и вредные производственные факторы:

¾  движущиеся машины и механизмы - для исключения вероятности травматизма следует соблюдать правила по безопасному выполнению работ на технологическом транспорте; следует допускать к работе лиц, прошедших специальное обучение, профессиональный отбор и инструктаж по правилам безопасного выполнения работ; необходимо использовать исправный транспорт, оснащенный сигнальными устройствами;

¾      подвижные части производственного оборудования - для исключения вероятности травматизма следует соблюдать правила по безопасному выполнению работ с грузоподъемными устройствами;

¾      изделия, материалы и заготовки, которые перемещаются - для исключения вероятности травматизма следует соблюдать правила по безопасному выполнению работ при перемещении грузов и работ с грузоподъемными устройствами;

¾      повышенный уровень шума на рабочем месте - для снижения шума ударно-барабанный участок рекомендуется обшить звукопоглощающей облицовкой;

¾      повышенное напряжение тока в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека - для исключения вероятности поражения электрическим током следует соблюдать правила по безопасному выполнению работ с электрооборудованием; применять электрозащитные средства, защитное заземление, зануление и системы защитного отключения.

¾      острые кромки, заусеницы и шершавость на поверхностях заготовок - для исключения вероятности травматизма следует применять при работе специализированную одежду и рукавицы, соблюдать правила по безопасному выполнению работ.

2. Химические опасные и вредные производственные факторы:

¾  общетоксические (бензин) - при обезжиривании деталей необходимо соблюдать соответствующие меры предосторожности; работы проводить при хорошей вентиляции помещения; при необходимости использовать индивидуальные средства защиты;

¾      сенсибилизирующие - при проведении окрасочных работ необходимо соблюдать соответствующие меры предосторожности; работы проводить при хорошей вентиляции помещения; при необходимости использовать индивидуальные средства защиты;

3. Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы:

¾  нервнопсихические перегрузки - необходимо использовать следующие мероприятия по борьбе с монотонностью: рациональная организация трудового процесса, чередование трудовой деятельности, установление оптимальной продолжительности труда, оборудование мест психологической разгрузки и отдыха.

Произведем расчет звукопоглощающей облицовки помещения для ударно-барабанной обработки деталей согласно методике [20].

При расчетах звукопоглощение в помещении характеризуется величиной , называемой постоянной помещения:

, (7.1)

где  - эквивалентная площадь поглощения,;  - средний коэффициент звукопоглощения:

 (7.2)

Постоянная  имеет свое значение для каждой октавной полосы. Приближенно постоянную  (для окаты с ) акустически необработанного помещения можно определить из выражения

,(7.3)

где  - объем помещения ,.

Для каждой октановой полосы , где коэффициент  определяется по рекомендациям [20].

Зная , можно для каждой октавной полосы вычислить эквивалентную площадь звукопоглощения  и средний коэффициент звукопоглощения:

; (7.4)

 (7.5)

Снижение уровней звукового давления по октавным полосам, дБ, при акустической обработке помещения

, (7.5)

где  и  - постоянные помещения до и после акустической обработки, :

 (7.7)

Здесь  - эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностями, не занятыми звукопоглощающей облицовкой.

, (7.8)

где  - площадь облицовки;  - средний коэффициент поглощения акустически обработанного помещения:

,(7.9)

.(7.10)

В качестве звукопоглощающего материала облицовки принимаются прошивные минераловатные маты. Данная облицовка является сравнительно недорогим и эффективным материалом.

Определим объем помещения (п. 7.1.1, рисунок 7.1)

Общая площадь (южная, северная, западная, восточная стены и пол)

Облицовке подлежат стены участка, тогда площадь облицовки

Таблица 7.1

Расчет звукопоглощающей облицовки участка ударно-барабанного упрочнения

Величины	Среднегеометрические величины октавных полос, Гц
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
----115---
57,557,563,2580,5115184345690
0,50,50,550,711,636
0,060,060,070,090,120,180,290,44
0,110,350,7510,450,90,920,95
63,4201,6432,0576,0259,2518,4529,9547,2
18,018,019,624,533,850,682,2127,9
81,3219,6451,6600,5293,0569,0612,1675,1
0,090,250,520,700,340,660,710,78
89,8294,4946,31969,5443,41666,22099,53087,3
1,97,111,713,95,99,67,86,5

На основании расчета целесообразно построить график снижение уровней звукового давления при акустической обработке помещения (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 - Эффективность применения звукопоглощающей облицовки

Анализ результатов расчета позволяет сделать вывод:

.   Звукопоглощающая облицовка является эффективным средством по снижению вредного влияния шума.

2.      Прошивные минераловатные маты наиболее эффективны в диапазоне 250-500 Гц и наименее эффективны на низких частотах (63 Гц).

.        Максимальное снижение уровня звукового давления достигается при частоте 500 Гц и составляет 13,9 дБ.

7.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

 

7.2.1 Анализ возможных чрезвычайных ситуаций на участке ударно-барабанного упрочнения

Согласно перечню чрезвычайных ситуаций, который введен в действие Госпотребстандартом Украины в 2011 году и приведен в «Класифікаторі надзвичайних ситуацій», при эксплуатации ударно-барабанной установки возможны следующие чрезвычайные ситуации техногенного характера:

¾  ЧС вследствие пожара, взрыва на объекте разведки, добычи, переработки, транспортировки или хранения легковоспламеняющихся, горючих, а также взрывчатых веществ (код 10220) - может реализоваться при возгорании емкости для хранения бензина А-80 для обезжиривания деталей;

¾      ЧС вследствие аварии в электрических сетях (код 10760) - может реализоваться при возникновении короткого замыкания с последующим возгоранием электропроводки.

7.2.2 Мероприятия по уменьшению вероятности возникновения потенциально возможных чрезвычайных ситуаций

¾  ЧС вследствие аварии в электрических сетях - для снижения вероятности возникновения короткого замыкания следует строго соблюдать правила по безопасному выполнению работ с электрооборудованием, использовать защитное заземление, зануление и системы защитного отключения.

¾      ЧС вследствие пожара на участке - детальнее рассмотрено ниже.

Актуальным источником возникновения пожара при рассмотрении участка ударно-барабанной обработки является нарушение правил пожарной безопасности, в частности небрежное хранение горючих материалов (бензин) для обезжиривания деталей перед обработкой.

Наиболее вероятным местом возникновения зоны горения первичного пожара является место хранения «запасов горючего вещества» участка ударно-барабанного упрочнения.

Предполагая, что тепловая энергия выделяется в зоне горения первичного пожара на протяжении всего времени «выгорания» запасов горючего вещества. При этом на световое излучение припадает около 50% тепловой энергии. Световое излучение первичного пожара распространяется только в верхнюю полусферу, радиус наружной зоны возможных сплошных пожаров можно определить

,(7.11)

где  - радиус внешней границы зоны возможных сплошных пожаров, ;  - масса «запасов горючего вещества», ;  - удельная теплота сгорания, ;  - плотность потока мощности светового излучения первичного пожара на внешней границе зоны возможных сплошных пожаров ;  - время выгорания «запасов горючего вещества», .

Время выгорания горючего вещества определяется

, (7.12)

где  - масса горючего вещества на единицу площади места его хранения, ;  - массовая скорость выгорания горючего вещества, .

Таблица 7.2

Исходные данные для расчета чрезвычайной ситуации вызванной пожаром

Величина	Значение
Удельная теплота сгорания 47·106
Плотность потока мощности светового излучения 30·103
Скорость выгорания 0,047
Плотность потока мощности светового излучения первичного пожара 10·103
Масса горючего вещества 0,002
Удельный вес горючего вещества 0,8
Удельная тепловая нагрузка 233000
Поправочный коэффициент 1,0
Масса горючего вещества на единицу площади 1,0

Радиус внешней границы зоны возможных отдельных пожаров можно определить из соотношения

,(7.13)

где  - радиус внешней границы зоны возможных отдельных пожаров, ;  - плотность потока мощности светового излучения первичного пожара на внешней границе зоны возможных отдельных пожаров .

Радиус «лужи» жидкого горючего вещества при его истечении из емкости

,(7.14)

где  - радиус «лужи», разлитой на подстилающую поверхность жидкого горючего вещества, ;  - масса жидкого горючего вещества, ;  - удельный вес горючего вещества, .

Таблица 7.3

Расчетные данные чрезвычайной ситуации вызванной пожаром

ВеличинаЗначение
Время выгорания горючего вещества 21
Радиус наружной зоны возможных сплошных пожаров 3,4
Радиус наружной зоны возможных отдельных пожаров 5,9
Радиус «лужи» жидкого горючего вещества 2,8

При прогнозировании возможной степени поражения людей от воздействия светового излучения первичного пожара рекомендуется считать, что все люди, которые окажутся в пределах зоны сплошных пожаров, могут получить ожоги открытых участков кожи первой, второй, третьей и четвертой степени, повреждение органов зрения (в виде временного ослепления) и даже погибнуть.

Учитывая вышеизложенные рекомендации, возможные потери от воздействия светового излучения первичного пожара можно рассчитать

, (7.15)

где  - общие потери людей (то есть количество людей, которые погибнут или получат ожоги разной тяжести) в случае возникновения пожара;  - количество людей, которые в момент возникновения пожара могут работать (находится) на открытой местности в пределах зоны возможных сплошных пожаров, 2 чел.

Санитарные потери можно рассчитать по формуле

.(7.16)

Определение возможной величины потерь основных фондов

,(7.17)

где  - суммарная стоимость основных фондов элементов, где могут произойти первичный и вторичный пожары;  - минимальная заработная плата.

При пожаре возможно возгорания шкафа стоимостью 250 грн, стеллажа для необработанных деталей стоимостью 740 грн, стола для обезжиривания деталей стоимостью 830 грн. Минимальная заработная плата составляет 1200 грн. Тогда возможные потери основных фондов составят

Определение возможной величины убытков

 (7.18)

Возможные убытки составят

Карта ожидаемой пожарной обстановки, которая может возникнуть на участке ударно-барабанного упрочнения в результате возгорания емкости с бензином приведена на рисунке 7.3

Рисунок 7.3 - Карта ожидаемой инженерной обстановки, которая может возникнуть на участке ударно-барабанного упрочнения в результате возгорания емкости с бензином

Рассмотрены организационные и технические мероприятия, выполнение которых, уменьшит вероятность возникновения потенциально возможных чрезвычайных ситуаций при функционировании участка ударно-барабанной обработки.

7.2.3 Мероприятия по исключению и снижению степени воздействия поражающих факторов чрезвычайной ситуации

Ниже рассмотрены организационные и технические мероприятия, выполнение которых, уменьшит или ослабит степень воздействия поражающих факторов потенциально возможных чрезвычайных ситуаций при функционировании участка ударно-барабанной обработки.

¾  пламя, повышенная температура и тепловое излучение - рабочие одеты в специальную рабочую одежду (штаны, куртка) изготовленную из хлопчатобумажных материалов и специальную обувь из натуральной кожи, эти материалы хорошо защищают от теплового излучения и предотвращают ожоги;

¾      дым, пониженная концентрация кислорода, выделение токсических веществ - степень воздействия данного фактора можно снизить, применив искусственную вентиляцию.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Упрочнение несопрягаемых поверхностей методом поверхностно-пластического деформирования является эффективным методом упрочнения и повышения ресурса авиационных деталей.

2.      Ударно-барабанный метод упрочения является универсальным. Оборудование не является сложным, что позволяет использовать его в лабораторных условиях, в качестве наглядного пособия для обучения персонала.

.        Процесс обработки при ударно-барабанном методе легко контролируется и имеет высокую стабильность.

.        Математическое моделирование процесса динамического упрочнения ударом шарика позволяет глубже изучить явления, происходящие в материале при обработке, более точно оценить глубину пластически деформированного слоя и остаточные напряжения, вносимые обработкой.

.        Разработанная математическая модель позволяет определить параметры НДС для любых материалов минуя многочисленные эксперименты.

.        Применение компьютерных технологий позволяет существенно сократить сроки подготовки производства при выпуске новых изделий и определить оптимальные режимы обработки.

.        Полученные эмпирические зависимости можно использовать при назначении режимов обработки.

.        Рекомендуется провести исследование зависимости твердости поверхностного слоя в зависимости от технологических параметров обработки методом микротвердости.

.        Рекомендуется детально изучить состояние детали после обработки методом электронной микроскопии.

.        Рекомендуется применение численного моделирования в промышленности ввиду их экономической обоснованности, гибкости и универсальности.

.        Рекомендуется адаптировать разработанную математическую модель на базе численного моделирования для пневмодинамического, виброударного, дробеструйного методов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.   Абибов А.Л., Бирюков Н.М., Бойцов В.В., Григорьев В.П., Елисеев С.В., Зернов И.А., Коноров Л.А., Чудараев П.Ф. Технология самолетостроения. - М.: Машиностроение, 1970.

2.      Алексеев Е.Р. Использование свободных программ в научных исследованиях. - Донецк: ДНТУ, 2010.

.        Басов В.В., Домнич Н.Е., Меркулова Н.И., Бетин А.В. Охрана труда в отрасли. - Х.: ХАИ, 2004.

.        Белянин П.Н. Производство широкофюзеляжных самолетов в США - М.: Машиностроение, 1979.

.        Бойцов А.Г., Машков В.Н., Смоленцев В.А., Хворостухин Л.А. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами. - М.: МашиностроениеЮ 1991.

.        Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. - М.: Машиностроение, 1975.

.        Братухин А.Г. Современные технологии авиастроения. - М.: Машиностроение, 1999.

.        Гавва В.Н., Голованова М.А. Экономическая оценка инженерных решений. - Х.: ХАИ, 1999.

.        Гребенников А.Г., Светличный С.П., Король В.Н., Анпилов В.Н. Анализ напряженно-деформированного состояния авиационных конструкций с помощью системы Ansys. Учебное пособие ч. 1. - Х. : ХАИ, CADFEM, 2002.

.        Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Метод обработки данных. - М.: Мир, 1980.

.        Джураев А.Д., Шин И.Г./ Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. - №10.

.        ДСТУ 3008-95. Документація. Звіти у сфері науки і техніки. Структура і правила оформлення.

.        ДК 019:2010. Классифiкатор надзвичайних ситуацiй.

.        Журавлев Д.А. Исследование процесса дробеударного формообразования и упрочнения длинномерных монолитных панелей летательных аппаратов // Вестник ИрГТУ. 1998. №3

.        Закон Украины «Об охране труда».

.        Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. Ansys в руках инженера: Практическое руководство. - М.:Едиториал УРСС, 2003. ISBN 5-354-00238-9

.        Карпов Я.С., Лепихин П.П., Остапчук В.В., Сазоненко Н.Д., Семишов Н.И. Авиационное материаловедение. Часть 1. Металлы и сплавы. - Х.: ХАИ, 2004.

.        Киричек А.В., Соловьев Д.Л., ЛазуткинА. Г. Классификация способов поверхностного динамического упрочнения // Экономические и социально-экономические аспекты создания современных технологий. Межвуз. Сб. научн. Тр. Набережные Челны, КПИ, 1997.

.        Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Лазуткин А.Г. Статико-импульсная обработка и ее реализации // СТИН, 1999. №6.

.        Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Лазуткин А.Г. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. - М.: Машиностроение, 2004.

.        Киселев Е.С. Интенсификация процессов механической обработки использованием энергии ультразвукового поля: Учебное пособие. - Ульяновск: УлГТУ, 2003.

.        Колмогоров В.Л. Пластичность и разрушение. - М.: Металургия, 1977.

.        Кривов Г.А. Технология самолетостроительного производства. - К.: КВІЦ, 1997.

.        Кривцов В.С, Сикульский В.Т., Дьяченко Ю.В., Кириенко А.П. Технология изготовления деталей летательных аппаратов с удалением припуска. - Х.: ХАИ, 2004.

.        Кудрявцев И.В. Внутренние напряжения как резерв прочности в машиностроении. - М.: Машгиз, 1951.

.        Кудрявцев И.В., Саверин М.М., Рябченков А.В. Методы поверхностного упрочнения деталей машин. - М.: Машгиз, 1949.

.        Лебедев А.А., Ковальчук Б.И., Гигиняк Ф.Ф., Ламашевский В.П. Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии. - К.: Наукова думка, 1983.

.        Макаров. Е.Г. Инженерные расчеты в Mathcad. Учебный курс. - Спб.: Питер, 2005.

.        Методика прогнозування соцiально-економiчних наслiдкiв надзвичайних ситуацiй техногенного характеру, спричиненних пожежами. Методичнi рекомендацii. - Харкiв: Нацiональний аерокосмiчний унiверситет «ХАI», 2000.

.        Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента. - М.: Металлургия, 1976

.        Нуштаев Д.В. Abaqus. Пособие. Пошаговая инструкция. - М.: ООО «ТЕСИС», 2010.

.        Одницов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. - М.: Машиностроение, 1987.

.        Павленко В.Н., Набатов А.С., Тараненко И.М. Порядок оформления учебных и научно-исследовательских документов. - Х.: ХАИ, 2007.

.        Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. - М.:Машностроение, 1978.

.        Патент 2086947 РФ. Способ определения предела текучести материала/Ю.И. Славский, М.М. Матлин. - Опубл. 10.08.97. Бюл. № 22.

.        Патент 2123175 РФ. Способ определения предела контактной выносливости/ М.М. Матлин. - Опубл. 10.12.98. Бюл. № 34.

.        Патент 2141638 РФ. Способ определения твердости / М.М. Матлин. - Опубл. 20.03.00. Бюл. № 32.

.        Патент 2156623 РФ. Способ упрочнения стальных пластин / М.М. Матлин, С.Л. Лебский. Опубл. 27.09.00. Бюл. № 27.

.        Патент 2175123 РФ. Способ определения коэффициента нормальной контактной жесткости упругопластического контакта детали и цилиндрического индентора/ М.М. Матлин, А.В. Бабаков. - Опубл. 20.10.01. Бюл. 29.

.        Патент 2194263 РФ. Способ определения толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя/М.М. Матлин, С.Л. Лебский, А.И. Мозгунова - Опубл. 10.12.02. Бюл. 34.

.        Петросов В.В. Гидродробестуйное упрочнение деталей и инструмента. - М.: Машиностроение, 1977.

.        Плихунов В.В., Петрунькин К.А / Численное моделирование осесимметричной задачи одиночного удара дробинки с учетом физико-механических свойств поведения материалов// Авиационная промышленность. 2008. - №4.

.        Полухин П.И., Гунн Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. 2-е изд., перераб. и доп. Справочник. - М.: Металлургия, 1983.

.        Рыковский .Б.П., Смирнов В.А., Щетинин Г.М. Местное упрочнение деталей поверхностным наклепом. - М.: Машиностроение, 1985.

45.    Ronald W. Larsen. Engineering with Microsoft Office Excel. -Macmillan Computer Publishing: USA, 2004.

46.    Саверин М.М. Дробеструйный наклеп. - М: Машгиз, 1954.

.        Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием.- М.: Машиностроение, 2002.

.        Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов.- М.: Машиностроение, 1981.

.        Спиридонов А.А., Васильев Н.Г. Планирование эксперимента. - Свердловск: УПИ им. С.М. Кирова, 1975.

.        Строганов Г.Б., Роик Ю.Г., Климентьев В.И., Смоленский Б.Л., Медведев Б.А, Котий В.П. Технологическое обеспечение авиационного производства. - 2-е изд., доп. - М.: Машиностроение, 1977.

.        Точилин П.В., Сагателян Г.Р., Назаров Ю.Ф. Методика расчета экономической эффективности внедрения наукоемких технологий // МГОУ-ХХI-Новые технологии, №1, 2001.

.        Хворостухин Л.А., Шишкин С.В., Ковалев А.П., Ишмаков Р.А. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением. - М.: Машиностроение, 1988.

.        Хованский Г.С. Основы номографии. - М.: Наука, 1976.

.        Чепа П.А. Технологические основы упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. Минск.: Наука и техника, 1981.

.        Шенк Х. Теория инженерного эксперимента. - М.: Мир,1972.

.        Шин И.Г./ Деформационное упрочение поверхностного слоя деталей колеблющимся индентором// Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. - №10.

.        Юдина Ю.А. Пластическая деформация конструкционных материалов. - М.: Наука, 1988.

.        Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике дли инженеров и студентов вузов. - М.: Наука, 1968.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Остаточные деформации в осевой зоне

Рисунок А.1 - Влияние скорости удара на остаточные деформации при диаметре шарика 6 мм

Рисунок А.2 - Влияние диаметра шарика на остаточные деформации при скорости удара 5 м/с

Рисунок А.3 - Влияние кратности удара на остаточные деформации при скорости удара 5 м/с, диаметре шарика 6 мм

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Остаточные напряжения в осевой зоне

Рисунок Б.1 - Влияние скорости удара на остаточные напряжения при диаметре шарика 6 мм

Рисунок Б.2 - Влияние диаметра шарика на остаточные напряжения при скорости удара 5 м/с

Рисунок Б.3 - Влияние кратности удара на остаточные напряжения при скорости удара 5 м/с, диаметре шарика 6 мм

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Исходный код математической модели

*Heading

** Job name: Job-1 Model name: Model-1

** Generated by: Abaqus/CAE 6.10-1

*Preprint, echo=NO, model=NO, history=NO, contact=NO

**

** PARTS

**

*Part, name=ball

*End Part

**

*Part, name=shell

*End Part

**

**

** ASSEMBLY

**

*Assembly, name=Assembly

**

*Instance, name=shell-1, part=shell

*Node

, 0.5, -2.

, 0.5, -1.

, 0., -1.

, 0., -2.

, 0.5, 0.

, 0., 0.

, 1.73000002, -1.

, 1.73000002, -2.

, 2., -2.

, 2., -1.

, 6543, 6544, 253, 252

, 6544, 6545, 254, 253

, 6545, 6546, 255, 254

, 6546, 6547, 256, 255

, 6547, 6548, 257, 256

, 6548, 6549, 258, 257

, 6549, 6550, 259, 258

, 6550, 6551, 260, 259

, 6551, 6552, 261, 260

, 6552, 6553, 262, 261

, 6553, 6554, 263, 262

, 6554, 6555, 264, 263

, 6555, 6556, 265, 264

, 6556, 6557, 266, 265

, 6557, 6558, 267, 266

, 6558, 6559, 268, 267

, 6559, 6560, 269, 268

, 6560, 6561, 270, 269

, 6561, 711, 8, 270

*Nset, nset=_PickedSet2, internal, generate

, 6561, 1

*Elset, elset=_PickedSet2, internal, generate

, 6400, 1

** Section: Section-1

*Solid Section, elset=_PickedSet2, material=alum

*End Instance

**

*Instance, name=ball-1, part=ball

*Node

, 0., 0.

, 0.0253245849, 0.000641746388

, 0.0505841598, 0.00256533828

, 0.0757138878, 0.00576583762

, 0.10064926, 0.0102350293

, 0.125326261, 0.0159614403

, 0.149681568, 0.0229303725

, 0.197177932, 0.0405210927

, 0.220197082, 0.051097732

, 0.242650986, 0.0628266931

, 0.264481992, 0.0756778717

, 0.2856341, 0.0896182805

, 0.306052983, 0.104612134

, 0.325686246, 0.120620936

, 0.344483465, 0.137603611

, 0.362396389, 0.155516535

, 0.379379064, 0.174313754

, 0.395387858, 0.193947002

, 0.410381734, 0.2143659

, 0.424322128, 0.235517994

, 0.437173307, 0.257349014

, 0.448902279, 0.279802918

, 0.459478915, 0.302822083

, 0.468876064, 0.326347381

, 0.477069616, 0.350318432

, 0.484038562, 0.374673724

, 0.489764959, 0.399350733

, 0.494234174, 0.424286097

, 0.497434676, 0.449415833

, 0.499358267, 0.474675417

, 0.5, 0.5

*Element, type=RAX2

, 1, 2

, 2, 3

, 3, 4

, 4, 5

, 5, 6

, 6, 7

, 7, 8

, 8, 9

, 9, 10

, 10, 11

, 11, 12

, 12, 13

, 13, 14

, 14, 15

, 15, 16

, 16, 17

, 17, 18

, 18, 19

, 19, 20

*Nset, nset=_PickedSet2, internal

,

*Element, type=MASS, elset=_PickedSet2_mass_

, 1

*Mass, elset=_PickedSet2_mass_

.11e-09,

*End Instance

**

*Node

, 0.5, 0.5, 0.

*Nset, nset=_PickedSet7, internal

,

*Nset, nset=_PickedSet8, internal, instance=ball-1, generate

, 32, 1

*Elset, elset=_PickedSet8, internal, instance=ball-1, generate

, 31, 1

*Nset, nset=_PickedSet11, internal, instance=shell-1

, 4, 6, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89

, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105

, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 193, 194, 195, 196, 197, 198

, 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214

, 216, 217, 218, 219, 220, 221, 222, 223, 224, 225, 226, 227, 228, 229, 230

,

*Elset, elset=_PickedSet11, internal, instance=shell-1

, 762, 763, 764, 765, 766, 767, 768, 769, 770, 771, 772, 773, 774, 775, 776

, 778, 779, 780, 781, 782, 783, 784, 785, 786, 787, 788, 789, 790, 791, 792

, 794, 795, 796, 797, 798, 799, 800, 1561, 1562, 1563, 1564, 1565, 1566, 1567, 1568

, 1570, 1571, 1572, 1573, 1574, 1575, 1576, 1577, 1578, 1579, 1580, 1581, 1582, 1583, 1584

, 1586, 1587, 1588, 1589, 1590, 1591, 1592, 1593, 1594, 1595, 1596, 1597, 1598, 1599, 1600

*Nset, nset=_PickedSet12, internal, instance=shell-1

, 4, 8, 9, 11, 14, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124, 125

, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 271, 272, 273, 274, 275, 276, 277

, 279, 280, 427, 428, 429, 430, 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437, 438, 439

, 441, 442, 443, 444, 445, 685, 686, 687, 688, 689, 690, 691, 692, 693, 694

, 696, 697, 698, 699, 700, 701, 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710

,

*Elset, elset=_PickedSet12, internal, instance=shell-1

, 41, 81, 121, 161, 201, 241, 281, 321, 361, 401, 441, 481, 521, 561, 601

, 681, 721, 761, 1640, 1680, 1720, 1760, 1800, 1840, 1880, 1920, 1960, 2000, 2040, 2041

, 2121, 2161, 2201, 2241, 2281, 2321, 2361, 2401, 2441, 2481, 2521, 2561, 2601, 2641, 2681

, 2761, 2801, 5280, 5320, 5360, 5400, 5440, 5480, 5520, 5560, 5600, 5640, 5680, 5720, 5760

, 5840, 5880, 5920, 5960, 6000, 6040, 6080, 6120, 6160, 6200, 6240, 6280, 6320, 6360, 6400

*Nset, nset=_PickedSet13, internal

,

*Nset, nset=_PickedSet55, internal, instance=shell-1

,

*Nset, nset=niz, instance=shell-1

,

*Elset, elset=__PickedSurf9_SNEG, internal, instance=ball-1, generate

, 31, 1

*Surface, type=ELEMENT, name=_PickedSurf9, internal

__PickedSurf9_SNEG, SNEG

*Elset, elset=__PickedSurf10_S2, internal, instance=shell-1

, 880, 920, 960, 1000, 1040, 1080, 1120, 1160, 1200, 1240, 1280, 1320, 1360, 1400, 1440

, 1520, 1560, 1600, 3320, 3360, 3400, 3440, 3480, 3520, 3560, 3600, 3640, 3680, 3720, 3760

, 3840, 3880, 3920, 3960, 4000, 4040, 4080

*Elset, elset=__PickedSurf10_S4, internal, instance=shell-1

, 2881, 2921, 2961, 3001, 3041, 3081, 3121, 3161, 3201, 3241, 4081, 4121, 4161, 4201, 4241

, 4321, 4361, 4401, 4441, 4481, 4521, 4561, 4601, 4641, 4681, 4721, 4761, 4801, 4841, 4881

, 4961, 5001, 5041, 5081, 5121, 5161, 5201

*Surface, type=ELEMENT, name=_PickedSurf10, internal

__PickedSurf10_S2, S2

__PickedSurf10_S4, S4

** Constraint: Constraint-1

*Rigid Body, ref node=_PickedSet7, elset=_PickedSet8

*End Assembly

**

** MATERIALS

**

*Material, name=alum

*Density

.77e-09,

*Elastic

., 0.34

*Plastic

., 0.

., 0.18

**

** INTERACTION PROPERTIES

**

*Surface Interaction, name=IntProp-1

*Friction

.,

**

** BOUNDARY CONDITIONS

**

** Name: load Type: Symmetry/Antisymmetry/Encastre

*Boundary

_PickedSet12, ENCASTRE

** Name: symm Type: Symmetry/Antisymmetry/Encastre

*Boundary

_PickedSet11, XSYMM

**

**

** STEP: Step-1

**

*Step, name=Step-1

*Dynamic, Explicit

, 1e-20

*Bulk Viscosity

.06, 1.2

**

** BOUNDARY CONDITIONS

**

** Name: vel Type: Velocity/Angular velocity

*Boundary, type=VELOCITY

_PickedSet13, 1, 1

_PickedSet13, 2, 2, -10000.

_PickedSet13, 6, 6

**

** OUTPUT REQUESTS

**

*Restart, write, number interval=1, time marks=NO

**

** FIELD OUTPUT: F-Output-1

**

*Output, field

*Node Output,

*Element Output, directions=YES, S, PEEQ

**

** HISTORY OUTPUT: H-Output-1

**

*Output, history, variable=PRESELECT

*End Step

**

**

** STEP: Step-2

**

*Step, name=Step-2

*Dynamic, Explicit

, 5e-05

*Bulk Viscosity

.06, 1.2

**

** BOUNDARY CONDITIONS

**

** Name: load Type: Symmetry/Antisymmetry/Encastre

*Boundary, op=NEW

_PickedSet12, ENCASTRE

** Name: symm Type: Symmetry/Antisymmetry/Encastre

*Boundary, op=NEW

_PickedSet11, XSYMM

** Name: vel Type: Velocity/Angular velocity

*Boundary, op=NEW, type=VELOCITY

_PickedSet13, 1, 1

_PickedSet13, 6, 6

**

** INTERACTIONS

**

** Interaction: Int-1

*Contact Pair, interaction=IntProp-1, mechanical constraint=KINEMATIC, cpset=Int-1

_PickedSurf9, _PickedSurf10

**

** OUTPUT REQUESTS

**

*Restart, write, number interval=1, time marks=NO

**

** FIELD OUTPUT: F-Output-1

**

*Output, field

*Node Output,

*Element Output, directions=YES, S, PEEQ

**

** HISTORY OUTPUT: H-Output-1

**

*Output, history, variable=PRESELECT

*End Step

**

**

** STEP: Step-3

**

*Step, name=Step-3

*Dynamic, Explicit

, 2e-05

*Bulk Viscosity

.06, 1.2

**

** BOUNDARY CONDITIONS

**

** Name: BC-5 Type: Displacement/Rotation

*Boundary, op=NEW

_PickedSet55, 2, 2

** Name: load Type: Symmetry/Antisymmetry/Encastre

*Boundary, op=NEW

** Name: symm Type: Symmetry/Antisymmetry/Encastre

*Boundary, op=NEW

_PickedSet11, XSYMM

** Name: vel Type: Velocity/Angular velocity

*Boundary, op=NEW, type=VELOCITY

_PickedSet13, 1, 1

_PickedSet13, 2, 2

_PickedSet13, 6, 6

**

** OUTPUT REQUESTS

**

*Restart, write, number interval=1, time marks=NO

**

** FIELD OUTPUT: F-Output-1

**

*Output, field

*Node Output,

*Element Output, directions=YES, S, PEEQ

**

** HISTORY OUTPUT: H-Output-2

**

*Output, history

*Node Output, nset=niz, U2

**

** HISTORY OUTPUT: H-Output-1

**

*Output, history, variable=PRESELECT

*End Step