Моделирование процесса ультразвукового пластического деформирования по схеме УЗО

E=220000 мПа= 2,2E+11 Па – модуль упругости обрабатываемого материала.

Проведение расчетов:

В программе вводим данные в пунктах 1-5,9,10.

Проводим расчеты для углов 60°, 30°, 0°, -30°, -60°.

Результаты расчета:

Построение графиков:

Строим график зависимости динамического усилия (Fmax) от статического (Fct).

Строим график зависимости диаметра отпечатка (d otp) от статического усилия (Fct).

Строим график зависимости максимальной глубины внедрения деформатора (h max) от статического усилия (Fct).

Строим график изменения динамического усилия  F в периоде контакта инструмента с деталью (t0-t2) для режима Q0 = -60°.

Строим график изменения глубины внедрения деформатора (h) в периоде контакта инструмента с деталью (t0-t2) для режима Q0 = -60°.

Проведем оценку характеристик качества обработки.

Микрорельеф поверхности при ультразвуковой обработке формируется в результате перекрытия отпечатков от отдельных ударов (см. рис. ниже). При этом высота неровностей профиля в значительной степени определяется размерами пластического отпечатка от единичного удара. Зная глубину пластического отпечатка, можно оценить наибольшее предельное значение параметра шероховатости поверхности, формируемое в случае, когда пластические отпечатки полностью перекрывают исходную поверхность, т.е. формируют полностью новый микрорельеф:

                          Rz » hmax – hупр,                 

где hmax – наибольшая глубина внедрения деформатора в поверхностный слой детали; hупр – величина упругой деформации в момент наибольшего внедрения деформатора ( в программе расчета hупр = hza).

Для угла +60°:

Rz » hmax – hупр = 1,07Е-06 – 3,96Е-07=6,74Е-07

Для угла -60°:

Rz » hmax – hупр = 1,405Е-05 – 2,205Е-06=1,18Е-05

При перекрытии отпечатков поверхностный слой формируется за счет перекрытия очагов деформации (рис.6). В этом случае с ошибкой в пределах 10% толщину упрочненного слоя (hs) можно оценивать по величине очага деформации от единичного пластического отпечатка (см. рис. ниже), для которой получено экспериментальное соотношение:

hs » 1,25 dотп.

Для угла +60°:

hs » 1,25 dотп.= 1,25×1,6Е-04=2Е-04

Для угла -60°:

hs » 1,25 dотп.= 1,25×5,81Е-04=7,26Е-04

Выводы:

Толщина формируемого поверхностного слоя пропорциональна глубине внедрения инструмента в поверхность детали и зависит от уровня силового воздействия инструмента на деталь. Силовое воздействие на обрабатываемый материал определяется параметрами ударных импульсов, формируемых сочетанием статического усилия Fст, поджимающего колебательную систему к детали, с колебательным движением инструмента со скоростью Vк (рис.1), которая пропорциональна частоте (f) и амплитуде ультразвуковых колебаний (А). При фиксированной частоте f увеличение амплитуды ультразвуковых колебаний А или статического усилия Fст (по отдельности или одновременно) увеличивает силовое воздействие (максимальное действующее усилие Fmax). Одно и тоже значение Fmax может быть получено при различных сочетаниях значений А и Fст, что позволяет получать заданное значение толщины упрочненного слоя на деталях разной жесткости.

Проанализируем график. При увеличении статического усилия динамическое усилие, диаметр отпечатка и глубина внедрения деформатора увеличиваются. При  режиме - 60° статическое усилии максимальное Fct=188,14 Н, максимальное значение динамического усилия Fmax=822,56 Н достигается за время 18 мкс, при этом максимальная глубина внедрения деформатора составляет 14 мкм, величина упругой составляющей