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 , мм	Прогиб , 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
Стекло	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:

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

2. 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:

1. 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».

3. 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).

5. 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

3.4 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

30ХГСА

ВТ-22

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

Д16Т

30ХГСА

ВТ-22

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

Д16Т



30ХГСА

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.

3. 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.

3. 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 .

3. 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.

3. 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:

1) постановка задачи эксперимента (его цель);

2) планирование эксперимента;

3) подготовка и проведение эксперимента;

4) обработка и анализ результатов эксперимента, выводы и рекомендации.

В данной работе проведены следующие эксперименты:

1. Определение плотности упаковки шариков;

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

3. Оценка влияния времени обработки на твердость поверхностного слоя.

5.1 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).

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

4. Универсальный токарный станок модели 16Б05П.

5. Ключ для трехкулачкового патрона.

6. 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.

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

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

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

6. Перенести бункер в горизонтальном положении к токарному станку.

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

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

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

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

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

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

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

14. 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 .

2. 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
	13,0	25,8	38,8
	13,0	12,9	12,9
	0,92	0,91	0,91

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 .

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

5. 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).

3. Стойка.

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

5. Универсальный токарный станок модели 16Б05П.

6. Ключ для трехкулачкового патрона.

7. 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.

10. 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.

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

4. Накрутить крышку на бункер.

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

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

7. Остановить вращение шпинделя.

8. Расфиксировать трехкулачковый патрон, снять бункер.

9. Открыть крышку бункера, высыпать шарики в контейнер.

10. Расфиксировать и извлечь один образец-свидетель из бункера.

11. Повторить п. 3 - 11 три раза.

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

13. 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.

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

4. 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.

6. 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 , мин	Толщина образца-свидетеля , мм	Прогиба , мм	Стрела 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%.

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

4. Разброс экспериментального значения прогиба при .

5. 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.

3. Нажимается кнопка для создания основного усилия 100 кгс.

4. C индикатора снимается показание твердости по шкале HRB.

5. Данные заносятся в таблицу 5.3.

6. 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 , мин	Значение твердости по зонам	Средняя
		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.

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

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

5. 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;