Материал: kursach_marat

ФГОУ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра Технологии машиностроения

100	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
90
80
70
60
50
40
30
20
10

и изменение свойств поверхностного слоя

при воздействии КПЭ для технологических целей

Пояснительная записка

к курсовой работе по Теоретическим основам обработки материалов концентрированными потоками энергии

(обозначение документа)

Группа ВТ-451	Фамилия, И, О.	Подпись	Дата	Оценка
Студент
Консультант	Киреев Р.М.
Принял

Уфа 2013 г.

Содержание

1. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА ПРИ ВАКУУМНОЙ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ…4

1.1. Расчёт ионного тока насыщения…….……………..………………………5

1.2. Расчет потоков ионов металла и атомов молекулярного газа в произвольной точке на единицу площади в единицу времени n_i,n_г…….…..…..6

1.3 Расчёт толщины двойного слоя, определяемой дебаевским радиусом экранирования λ_D…………………………………...…………………..……7

1.4 Расчёт энергии, выделяемой на поверхности конденсации за единицу времени Δq………………………………………………………………...…8

1.5 Расчёт количества газа, вступившего в реакцию с металлом n_x………….9

1.6 Расчёт порогового значения потенциала подложки U_пкр…..………...…..10

1.7 Расчёт содержания неметалла C_x в соединении TiC…..…………..……..11

1.8 Вывод………………………………………………………………..………11

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА ОТ4-1………………………………...……………………..…..12

2.1. Расчет электрохимического эквивалента обрабатываемого материала..13

2.2. Выбор электропроводности рабочей жидкости.………………………...14

2.3. Расчёт скорости анодного растворения………………….……………….15

2.4. Расчет величины технологического тока и плотности..………………...15

2.5. Расчет минимально необходимой скорости течения электролита…..…16

2.6. Расчет необходимого перепада давления при перемещении электролита в зазоре…………………………………………………..………………….18

2.7 Расчёт расхода электролита…………………………………………....….19

2.8 Расчёт размеров формообразующей части электрода-инструмента……20

2.9 Расчет площади сечения токопровода…………………………………….21

2.10 Вывод………………………………………………………………………22

3. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ЗАКАЛКЕ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕЙ……………………………………….……….…23

3.1. Теоретические сведения……………………………………………...……23

3.2. Расчет зависимости температурных полей предельного состояния при изменении технологических параметров термообработки…...………………28

3.3. Построение кривых термического цикла…………...…………………......31

3.4. Построение зависимости изменения глубины зоны проплавления, закалки и отпуска в зависимости от параметров обработки …………………….....38

3.5. Вывод……………………………………………………………...................39

Список используемой литературы……………………………………..……….40

В условиях современной рыночной экономики главным двигателем внедрения новых технологий, использующие концентрированные потоки энергий и оборудования для их реализации, являются инновации в области процессов взаимодействия заряженных частиц с поверхностью твердого тела. Данные взаимодействия должны базироваться на принципиально новых научно-технических достижениях, новых физических принципах позволяющих улучшить технологические показатели обработки и поставить на производство оборудование нового поколения.

Цель выполнения курсовой работы является формирование знаний, общих представлений и инновационных подходов в области описания процессов формообразования и изменения свойств поверхностного слоя при воздействии концентрированными потоками энергии (КПЭ) для технологических целей.

Основной задачей выполнения курсовой работы является систематизация, закрепление, углубление и расширение знаний, умений, навыков по изучению основных закономерностей электрофизических, электрохимических методов воздействия на обрабатываемую поверхность при изучении дисциплины: теоретические основы обработки КПЭ.

Данная курсовая работа состоит из трёх разделов:

1. Основы электрохимической обработки материалов;

2. Основы лазерной и электронно-лучевой обработки материалов;

3. Основы нанесения покрытий в вакууме.

1. Теоретические основы электрохимической обработки материалов

Исходные данные:

Марка материала–1Х17Н2 (сталь высокожаропрочная на никелевой основе);

Длина (А) – 36 мм;

Ширина (В) – 12 мм;

Высота (Н) – 22 мм;

Радиус (R) – 12 мм;

Электролит – 15%NaNO₃+5%NaCl;

МЭЗ – 0,15 мм;

Напряжение на клеммах источника – 25 В;

Температура электролита – 22 °С.

На рис.1.1. изображен эскиз обрабатываемой детали.

Рис.1.1. Эскиз обрабатываемой детали.

Необходимо:

- рассчитать электрохимический эквивалент обрабатываемого материала;

- из справочной литературы в зависимости от состава, концентрации и температуры электролита выбрать электропроводность рабочей жидкости;

Учитывая размеры и форму обрабатываемой детали, выбранных или назначенных режимов обработки рассчитать:

- скорость анодного растворения;

- величину технологического тока, плотность тока;

- минимально необходимую скорость течения электролита;

- необходимый перепад давления при перемещении электролита в зазоре;

- расход электролита;

- размеры формообразующей части электрод- инструмента;

- площадь сечения токоподвода.

1.1. Расчёт электрохимического эквивалента обрабатываемого материала.

Электрохимический эквивалент α любого сплава можно найти через эквиваленты α_i входящих в него элементов и через массовое содержание в процентах элемента k_i в сплаве.

Химический состав материала 1Х17Н2:

С – 0,15%; Ni – 2,5%; Cr – 17%; Fe– 78%.

Si – 0,6%; S – 0,02%; Сu – 0,2%;

Mn – 0,7%; Р – 0,03%; Ti –0,1%;

, (1.1)

А_i - атомная масса химического элемента в сплаве;

Z_i – степень окисления химического элемента в сплаве ;

X_i – процент соединения химического элемента в сплаве;

F=96500 Кл=26,8 А/ч – число Фарадея.

Объёмный электрохимический эквивалент сплава определяется следующим образом:

, (1.2)

где γ – плотность сплава, г/см³

1.2. Электропроводность рабочей жидкости.

Из справочной литературы в зависимости от состава, концентрации и температуры электролита выберем электропроводность.

15%NaNO₃+5%NaCl;

электропроводность 15%NaNO₃: χ=11,2 Ом^-1·м^-1 [1],

5%NaCl: χ=6,7 Ом^-1·м^-1 [1].

Для сложных электролитов удельную электропроводность обычно определяют по компоненту, концентрация которого в растворе наибольшая.

Получаем, электропроводность электролита χ=11,2 Ом^-1·м^-1 .

1.3. Расчет скорости анодного растворения.

Скорость анодного растворения определяется выражением

, [1, стр. 23] (1.3)

где η – выход по току материала заготовки (для стали 1Х17Н2 η = 0,95) [1, стр. 73];

– объёмный электрохимический эквивалент сплава;

χ – удельная электропроводность электролита, Ом^-1·м^-1;

U – напряжение на зажимах источника тока, В;

ΔU – суммарная поляризация электродов, В (ΔU = 3 В) [1, стр. 23];

a_min – минимальный межэлектродный зазор, мм.

1.4 Расчёт величины технологического тока и плотности тока

Величина технологического тока рассчитывается по формуле

, [1, стр. 25] (1.4)

где U – напряжение на зажимах источника тока, В;

ΔU – сумма анодного и катодного потенциалов, В;

S – площадь обрабатываемой поверхности, мм² ();

χ – удельная электропроводность раствора, Ом^-1·м^-1;

a – межэлектродный зазор, мм;

Плотность тока определяется выражением

(1.5)

где I – величина технологического тока, А;

S – площадь обрабатываемой поверхности, мм².