Young Scientist School – 2016

Школа молодого ученого – 2016 ____________________________________________________________________ 33 Практическая реализация подобных процессов связана с рядом проблем, обусловленных необходимостью проведения обширного комплекса металлографических, технологических и тепловых исследований. При этом энергетические возможности конкретного метода: значения характеристик источника нагрева, их связь с режимом обработки и особенно создаваемые источником термические циклы в поверхности детали – изменение температуры точки твердого тела во времени – представляют собой наиболее трудоемкую часть всех работ. Но именно термические циклы и их параметры (скорости нагрева и охлаждения, максимальная температура и длительность выдержки при температуре фазового перехода), предопределяют закономерности формирования качества упрочненного слоя. Экспериментальный путь получения информации о картине температурного поля в материале во всем диапазоне условий обработки неприемлем из-за его чрезмерной трудоемкости, поэтому применение методов теплофизического анализа, основанных на моделировании тепловых явлений [1, 2], дают возможность упростить выполнение исследований в данном направлении. Методика исследования Моделирование выполнялось с целью выявления тепловых возможностей высокоэнергетического нагрева ТВЧ и проведения сравнительного анализа с возможностями упрочнения шлифованием [3, 4]. Процесс упрочнения шлифованием достаточно глубоко и всесторонне исследован, для него установлены все основные закономерности. С точки зрения теплофизики он реализуется при следующих значениях характеристик источника нагрева: удельной мощности q = 20...40 МВт/м 2 , размере (радиусе) R = 0,001...0,005 м и скорости перемещения υ = 0,001...0,012 м/с. Процесс высокоэнергетического нагрева ТВЧ исследован не достаточно полно. Известно, что удельная мощность источника может достигать значений до 300 МВт/м 2 , а его размер определяется конструкцией индуктора и мощностью генератора. Так, для генератора мощностью 60 кВт он может составлять от 1,5 до нескольких десятков миллиметров. Тепловые расчеты выполнялись по программам, разработанным на базе метода [1, 2] и метода, опубликованного в настоящей работе. Температурные поля моделировались на поверхности материала из стали 40Х при размере источника 0,002 м и условиях охлаждения, соответствующих свободному поливу жидкостью. Результаты и обсуждение На рисунках 1 и 2 изображены типичные термические циклы при упрочнении шлифованием и нагреве ТВЧ, полученные при одинаковых характеристиках источника. Сравнительный анализ показывает, что при большой скорости движения источника (рисунок 1) различия в циклах и их параметрах незначительны. Однако, при уменьшении скорости до некоторых значений (рисунок 2) уже наблюдаются существенные различия: термический цикл при обработке ТВЧ по всем параметрам превосходит цикл шлифования, в частности, поверхность материала нагревается до более высоких температур (в данном случае на 130 °С).