РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ УПРОЧНЕННОГО СЛОЯ ПРИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКЕ

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.

1. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. М.: Машиностроение, 1989. 200 с.

2. 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/10.18286/1816-4501-2015-2-169-175

3. Fedorov 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.2019.12.382

4. 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.

5. 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.

6. White F.M. Heat transfer. Addison-Wesley, 1984. 588 pp.

7. Зубченко А.С. Марочник сталей и сплавов / А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.

8. 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.

9. 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/10.18698/0536-1044-2017-9-85-92

10. 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.

11. 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/coatings8060219