agroengineeringАгроинженерияAgricultural Engineering (Moscow)2687-11492687-1130РГАУ-МСХА10.26897/2687-1149-2022-2-59-64agroengineering-171Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЙ СЕРВИС В АПКTECHNICAL SERVICE IN AGRICULTUREРАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ УПРОЧНЕННОГО СЛОЯ ПРИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКЕCALCULATION OF THE TEMPERATURE FIELD OF THE HARDENED LAYER DURING ELECTROMECHANICAL SURFACE HARDENINGhttps://orcid.org/0000-0001-7523-8441ФедороваЛИЛИЯ ВЛАДИМИРОВНАFedorovaLILIYA V.momd@yandex.ruФедоровСЕРГЕЙ КОНСТАНТИНОВИЧFedorovSERGEY K.momd@yandex.ruНгоВАН ТУЕНNgoVAN TUYENngotuyenvvk@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9964-5284ИвановаЮЛИЯ СЕРГЕЕВНАIvanovaYULIYA S.yyulianius@gmail.ruМосковский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет)РоссияBauman Moscow State Technical University (National Research UniversityRussian Federation2022070520222425964Copyright © Федорова Л.В., Федоров С.К., Нго В.Т., Иванова Ю.С., 20222022Федорова Л.В., Федоров С.К., Нго В.Т., Иванова Ю.С.Fedorova L.V., Fedorov S.K., Ngo V.T., Ivanova Y.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://agroengineering.timacad.ru/jour/article/view/171

Основными направлениями поверхностной закалки при электромеханической обработке являются отделочно-упрочняющая электромеханическая обработка (ОУЭМО) и электромеханическая поверхностная закалка (ЭМПЗ). Особенностями ЭМПЗ по сравнению с режимами ОУЭМО являются незначительная скорость обработки (0,6…1,4 м/мин), большая ширина контакта (до 5 мм), значительная сила электрического тока вторичной цепи (1200…3000 А). В исследовании с помощью программы продукта ANSYS Workbench представлена трехмерная модель для прогнозирования и определения температурных полей упрочненного слоя втулок из сталей У8 при ЭМПЗ. Проведено конечно-элементное моделирование процесса ЭМПЗ, состоящего из двух последовательных анализов: переходного прочностного анализа (Transient Structural) и переходного теплового анализа (Transient Thermal). При ЭМПЗ термомеханический цикл «Нагрев-выдержка-деформирование-охлаждение» осуществляется в закрытой зоне контакта инструмента и заготовки за сотые доли секунды. Установлено, что при ЭМПЗ по глубине упрочненной зоны формируется градиент температуры – интенсивное охлаждение поверхностного слоя, нагретого до 1559°С, в результате отвода тепла нижележащими слоями металла. После ЭМПЗ в зоне упрочнения формируется мелкодисперсный мартенсит. Результаты исследований позволяют разработать технологию ЭМПЗ поверхностного слоя втулок из стали У8 на основе режима упрочнения при следующих параметрах: скорость закалки – 1,2 м/мин, сила тока во вторичной цепи – 1600 А, напряжение вторичной цепи – 3 В; ширина – электроконтактного воздействия 4 мм; усилие прижатия инструментального ролика – 400 Н.

The main methods of surface hardening during electromechanical processing (EMP) include finishing-hardening electromechanical processing (FHEMP) and electromechanical surface hardening (EMSH). EMSH, as compared with the FHEMP modes, features a slow processing speed (0.6...1.4 m/min), a long contact width of up to 5 mm, a significant electric current strength of the secondary circuit - 1200...3000 A. The article presents a three-dimensional model for predicting and determining the temperature fields of the hardened layer of U8 steel bushings during EMSH made in the ANSYS Workbench program. The authors carried out finite element modeling of the EMSH process consisting of successive transient structural strength analysis and transient thermal analysis. During EMSH, the thermomechanical cycle "heating - keeping - deformation - cooling" is carried out in the closed contact zone of the tool and the workpiece in hundredths of a second. It was found that during EMSH a temperature gradient is formed along the depth of the hardened zone as there is intensive cooling of the surface layer heated to 1559°C, as a result of heat removal by the underlying metal layers. After EMSH a fine-dispersed martensite is formed in the hardened zone. The study results are useful for developing the EMSH processing technology of the surface layer of bushings made of U8 steel based on the hardening mode with the following parameters: hardening speed of 1.2 m/min, the current strength in the secondary circuit of 1600 A, the secondary circuit voltage of 3 V; the width of the contact electric effect of 4 mm; the pressing force of the tool roller of 400 N.

температурное полеконечно-элементное моделированиеупрочнение втулокэлектромеханическая поверхностная закалкаtemperature fieldfinite element modelingbushing hardeningelectromechanical surface hardeningReferencesАскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. М.: Машиностроение, 1989. 200 с.Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. М.: Машиностроение, 1989. 200 с.Морозов А.В., Федорова Л.В., Федотов Г.Д. Электромеханическая закалка рабочих поверхностей шлицевых втулок техники сельскохозяйственного назначения // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 2(30). С. 169-175. https://doi.org/10.18286/1816-4501-2015-2-169-175Морозов А.В., Федорова Л.В., Федотов Г.Д. Электромеханическая закалка рабочих поверхностей шлицевых втулок техники сельскохозяйственного назначения // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 2(30). С. 169-175. https://doi.org/10.18286/1816-4501-2015-2-169-175Fedorov S., Fedorova L., Zaripov V., Ivanova Yu., Vlasov M., Lvin M.S., Tuyen N.V Increasing the wear resistance of the executive surfaces of machine parts concentrated energy flows. Materials Today: Proceedings, 2019; 30: 388-392. https://doi.Org/10.1016/j.matpr.2019.12.382Fedorov S., Fedorova L., Zaripov V., Ivanova Yu., Vlasov M., Lvin M.S., Tuyen N.V Increasing the wear resistance of the executive surfaces of machine parts concentrated energy flows. Materials Today: Proceedings, 2019; 30: 388-392. https://doi.Org/10.1016/j.matpr.2019.12.382Fedorova L.V, Fedorov S.K., Ivanova Y.S., Voronina M.V Increase of wear resistance of the drill pipe thread connection by electromechanical surface hardening.International Journal of Applied Engineering Research, 2017; 18: 7485-7489.Fedorova L.V, Fedorov S.K., Ivanova Y.S., Voronina M.V Increase of wear resistance of the drill pipe thread connection by electromechanical surface hardening.International Journal of Applied Engineering Research, 2017; 18: 7485-7489.Яковлев С.А., Каняев Н.П. Влияние электрофизических параметров электромеханической обработки на ее технологические особенности // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. № 3. С. 130-134.Яковлев С.А., Каняев Н.П. Влияние электрофизических параметров электромеханической обработки на ее технологические особенности // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. № 3. С. 130-134.White F.M. Heat transfer. Addison-Wesley, 1984. 588 pp.White F.M. Heat transfer. Addison-Wesley, 1984. 588 pp.Зубченко А.С. Марочник сталей и сплавов / А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.Зубченко А.С. Марочник сталей и сплавов / А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.Машиностроение. Т. II-2. Энциклопедия. Стали. Чугуны / В.В. Мухин, Г.Г. Беляков, А.И. Александров и др.; Под общ. ред. О.А. Банных, Н.Н. Александрова. М.: Машиностроение, 2001. 780 с.Машиностроение. Т. II-2. Энциклопедия. Стали. Чугуны / В.В. Мухин, Г.Г. Беляков, А.И. Александров и др.; Под общ. ред. О.А. Банных, Н.Н. Александрова. М.: Машиностроение, 2001. 780 с.Федорова Л.В., Федоров С.К., Иванова Ю.С., Lompas A.M. Технологические основы повышения износостойкости деталей электромеханической поверхностной закалкой // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 9(690). С. 85-92. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2017-9-85-92Федорова Л.В., Федоров С.К., Иванова Ю.С., Lompas A.M. Технологические основы повышения износостойкости деталей электромеханической поверхностной закалкой // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 9(690). С. 85-92. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2017-9-85-92Roberts Ibiye Aseibichin. Investigation of residual stresses in the laser melting of metal powders in additive layer manufacturing. Thesis or dissertation. University of Wolverhampton, 2012. 246 p.Roberts Ibiye Aseibichin. Investigation of residual stresses in the laser melting of metal powders in additive layer manufacturing. Thesis or dissertation. University of Wolverhampton, 2012. 246 p.Rubino F., Astarita A., Carlone P. Thermomechanical finite element modeling of the laser treatment of titanium cold-sprayed coatings. Сoatings, 2018; 8(6): 219. https://doi.org/10.3390/coatings8060219Rubino F., Astarita A., Carlone P. Thermomechanical finite element modeling of the laser treatment of titanium cold-sprayed coatings. Сoatings, 2018; 8(6): 219. https://doi.org/10.3390/coatings8060219

The authors declare that there are no conflicts of interest present.