Improving the efficiency of surface-thermal hardening of machine parts in conditions of combination of processing technologies, integrated on a single machine tool base

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 3 2021 45 ТЕХНОЛОГИЯ Повышение эффективности поверхностно - термического упрочнения деталей машин в условиях совмещения обрабатывающих технологий , интегрируемых на единой станочной базе Вадим Скиба a, * , Владимир Иванцивский b Новосибирский государственный технический университет , пр . К . Маркса , 20, г . Новосибирск , 630073, Россия a https://orcid.org/0000-0002-8242-2295, skeeba_vadim@mail.ru , b https://orcid.org/0000-0001-9244-225X , ivancivskij@corp.nstu.ru Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ). 2021 Том 23 № 3 с . 45–71 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.3-45-71 Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ) Сайт журнала : http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.785(787): 621.9.06(07) История статьи : Поступила : 14 мая 2021 Рецензирование : 14 июня 2021 Принята к печати : 07 августа 2021 Доступно онлайн : 15 сентября 2021 Ключевые слова : Гибридное оборудование Высокоэнергетический нагрев Механическая обработка Индукционная закалка Концептуальное проектирование Финансирование : Исследование выполнено при фи - нансовой поддержке РФФИ и Пра - вительства Новосибирской области в рамках научного проекта № 20-48- 540016. Благодарности : Исследования выполнены на обо - рудовании ЦКП « Структура , меха - нические и физические свойства материалов ». АННОТАЦИЯ Введение . В обрабатывающей промышленности наблюдается особый интерес к разработке нового типа тех - нологического оборудования , позволяющего реализовать методы модифицирования поверхностных слоев деталей путем их обработки источниками концентрированной энергии . Совмещение двух обрабатывающих технологий ( ме - ханической и поверхностно - термической операции ) в условиях интегрального оборудования позволяет нивелиро - вать недостатки монотехнологий и получить новые эффекты , недостижимые при использовании технологий по от - дельности . Применения гибридных станков в совокупности с разработанными технологическими рекомендациями позволит достичь многократного роста технико - экономической эффективности производства , ресурсо - и энергосбе - режения , что , в свою очередь , будет способствовать повышению конкурентоспособности выпускаемой продукции и обновлению технологического уклада . Цель работы : повышение производительности и снижение энергозатрат при поверхностно - термическом упрочнении деталей машин посредством воздействия концентрированными источ - никами энергии в условиях интегральной обработки . Теория и методы . Исследования возможного структурного состава и компоновки гибридного оборудования при интеграции механических и поверхностно - термических про - цессов производились с учетом основных положений структурного синтеза и компонетики металлообрабатываю - щих систем . Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений системного анализа , геометрической теории формирования поверхностей , конструирования металлообрабатывающих станков , методов конечных элементов , математического и компьютерного моделирования . Математическое моделирование тепловых полей и структурно - фазовых превращений при ВЭН ТВЧ осуществлялось в программных комплексах ANSYS и SYSWELD, использующих численные методы решения дифференциальных уравнений нестационарной теплопро - водности ( уравнение Фурье ), диффузии углерода (2- й закон Фика ) и упругопластического поведения материала . Верификация результатов моделирования осуществлялась проведением натурных экспериментов с применением оптической и растровой микроскопии ; механического и рентгеновского методов определения остаточных напряже - ний . В исследовании для одновременного измерения отклонений формы , волнистости и шероховатости поверхно - сти применяли профилограф - профилометры Uone JD520 и Form Talysurf Series 2 . Оценку топографии поверхности производили на лазерном профилографе - профилометре Zygo New View 7300 . Микротвёрдость упрочненного по - верхностного слоя деталей оценивали на приборе Wolpert Group 402MVD . Результаты и обсуждение . Представ - лена оригинальная методика проведения структурно - кинематического анализа для предпроектных исследований гибридного металлообрабатывающего оборудования . Разработаны методологические рекомендации по модерни - зации металлорежущих станков , выполнение которых позволит реализовать высокоэнергетический нагрев токами высокой частоты ( ВЭН ТВЧ ) на стандартной станочной системе и обеспечить формирование наукоемкого техно - логического оборудования с расширенными функциональными возможностями . Предложен единый интегральный параметр температурно - временного воздействия на конструкционный материал при назначении режимов упрочне - ния концентрированными источниками нагрева , гарантирующих требуемый комплекс показателей качества поверх - ностного слоя деталей машин , при обеспечении энергоэффективности и производительности обработки в целом . Экспериментально подтверждено , что внедрение в производство предлагаемого гибридного станка в совокупности с разработанными рекомендациями по назначению режимов ВЭН ТВЧ в условиях интегральной обработки детали типа « Втулка плунжерная » по отношению к заводской технологии позволяет повысить производительность поверх - ностной закалки в 3,5…4,1 раза и снизить энергозатраты в 9,5…11,3 раза . Для цитирования : Скиба В . Ю ., Иванцивский В . В . Повышение эффективности поверхностно - термического упрочнения деталей машин в условиях совмещения обрабатывающих технологий , интегрируемых на единой станочной базе // Обработка металлов ( технология , оборудование , инструменты ). – 2021. – Т . 23, № 3. – С . 45–71. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.3-45-71. ______ * Адрес для переписки Скиба Вадим Юрьевич , к . т . н ., доцент Новосибирский государственный технический университет , пр . К . Маркса , 20, г . Новосибирск , 630073, Россия Тел .: 8 (383) 346-17-79, e-mail: skeeba_vadim@mail.ru