Моделирование процесса ультразвукового пластического деформирования по схеме УЗО. Моделирование лазерного поверхностного термоупрочнения

пластически-деформированные объемы, бывшие в очаге деформации. В результате в последних возникают остаточные сжимающие напряжения.

2.1 Цель работы: познакомиться с работой модели напряженно-деформированного состояния при ультразвуковом пластическом деформировании по схеме УЗО, исследовать напряженные состояния деталей различных размеров после УЗО, проанализировать результаты.

2.2 Исходные данные: Сталь 50;  D = 11 мм; А = 6,8 мкм; f = 19кГц; μ = 0,25; Е = 220000 МПа; НВ = 207*(10)7 Па, предел прочности = 390 МПа.

2.3 Графики.

2.4 Вывод: при ультразвуковом поверхностном (толщина 10) пластическом деформировании Стали 50 на примере трех образцов толщиной – 10, 20, 30 мм соответственно, было установлено, что максимальная кривизна поверхности для всех образцов будет достигаться на длине 50 мм:

для 10 мм кривизна составляет – 0,0023мм;

для 20 мм кривизна составляет – 0,000055мм;

для 30 мм кривизна составляет – 0,0003мм;

3)Моделирование лазерного поверхностного термоупрочнения

3.1Цель работы: познакомиться с работой модели движущегося поверхностного теплового источника, исследовать с ее помощью процесс лазерного термоупрочнения, проанализировать результаты.

Лазерное термическое упрочнение – это процесс, при котором тонкий поверхностный слой обрабатываемого материала нагревается до температур выше температуры структурно-фазовых превращений, после чего охлаждается со сверхвысокими скоростями за счет быстрого отвода тепла в основную массу материала. В этих условиях материал поверхностного слоя подвергается автозакалке. Эффект упрочнения наблюдается преимущественно в углеродосодержащих и некоторых легированных специальных сталях и сплавах и заключается в образовании в поверхностном слое специфической высокодисперсной, слабо травящейся, дезориентированной в пространстве структуры. Эта структура обладает повышенной дисперсностью блоков и плотностью дислокаций, имеет микротвердость, в 1,1¸5 раз превышающую микротвердость структуры основы. Глубина упрочненного слоя в зависимости от режимов облучения может достигать 0,05¸3 мм. Процесс лазерного упрочнения можно реализовать, применяя как импульсное, так и непрерывное излучение. Чаще всего используют СО₂ – лазеры непрерывного действия мощностью 1¸10 кВт. В

Область применения лазерного упрочнения очень обширна. Его используют для повышения износостойкости режущего инструмента, рабочих поверхностей толкателей и матриц вырубных и гибочных штампов, упоров, регулировочных винтов, направляющих металлорежущих станков, деталей контрольно-измерительного инструмента, изготовленных из инструментальных углеродистых и легированных сталей. Также термическое упрочнение используют при обработке быстроизнашивающихся поверхностей деталей гидроагрегатов, топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания, поршней и других подобных деталей.

Рис.1. Схема лазерного термического упрочнения

3.2 Входные данные:

Марка материала – Сталь 55

Плотность-7820 кг/м³

Е=210000  МПа

Предел текучести=390 Мпа

Т_плавл=1225°С

АС1=727

Скорость критическая=480см/с

Диаметр луча=4 мм

Скорость луча=1,6 см/с

3.3 Графики:

3.4 Расчет величины упрочненного слоя.

Номер первого слоя, который не пересекает АС₁ : j=3

Максимальная температура слоя, который не пересекает А_С1 : T_j=443

Максимальная температура  предыдущего слоя : T_j-1=813

Шаг расчетной сетки Sx₂=0,5

grad T=( T_j-1- T_j)/Sx₂=(813-443)/0.5=740°C

h_упр= Sx₂(j-2)+ ( T_j-1- А_С1)/ grad T=0.6176 мм

3.5 Расчет диаметра  пятна нагрева на поверхности детали.

Номер первого поперечного сечения детали максимальная температура