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

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 23 No. 3 2021 47 TECHNOLOGY характеризуют температурно - временные усло - вия фазовых превращений при аустенитизации стали [28, 38–40]. Кроме перечисленных параме - тров необходимо учитывать и среднюю скорость охлаждения , и время нахождения материала в интервале температур фазовых превращений . Следовательно , режимы обработки следует на - значать таким образом , чтобы обеспечить в по - верхностных слоях материала необходимые термические циклы с заданными параметрами [27, 28]. При этом , как было показано в исследо - ваниях [27, 41], установить однозначную связь численных значений этих параметров с режи - мами обработки и характеристиками качества упрочненного слоя не представляется возмож - ным . Однако очевидно , что численные значения параметров термических циклов определяются величиной передаваемой энергии и характером ее распределения в материале . В связи с этим и на основании работ [41, 42] предлагается использовать в качестве основного параметра назначения режимов поверхностной закалки интегральную температурно - времен - ную характеристику S , объединяющую в себе все перечисленные параметры термических ци - клов [28, 43–45]. Процесс образования аустени - та будет протекать в период времени  в =  3 –  1 ( рис . 2) независимо от того , имеет ли термиче - ская кривая восходящий или нисходящий харак - тер в данный период времени . Это значит , что суммарное время  в и температуры , при которых происходит процесс аустенитизации , можно оха - рактеризовать величиной площади ( S ABC ), огра - ниченной сверху кривой нагрева , а снизу – пря - мой , соответствующей температуре А С 1 3 1 1 3 1 ( ) ( ) C S T d A           . (1) Физический смысл этой характеристики ста - новится понятным из зависимости T S QR  , где Q – энергия , Дж ; R T – термическое сопротив - ление материала ,  С с / Дж . Термическое сопротивление металла – это способность материала противодействовать пе - реносу тепла . В данном случае мы рассматрива - ем металл , разогретый выше температуры А С 1 . В этом случае численное значение термического сопротивления металла будет завесить не толь - ко от коэффициента теплопроводности , но и от структурно - фазовых переходов , которые в основ - ном происходят в данном диапазоне температур эндотермически с поглощением теплоты . Иными словами , эта характеристика косвенным образом определяет величину энергии , передаваемую в материал и затрачиваемую на структурно - фазо - вые превращения . Она может быть легко рассчи - тана по зависимости (1) в процессе моделирова - ния температурных полей в материале [28]. На основании вышеизложенного для раз - работки методики назначения режимов по - верхностной закалки в условиях гибридной об - работки необходимо установить взаимосвязь численных значений интегральной темпера - турно - временной характеристики с режима - ми обработки , с одной стороны , и с глубиной упрочнения – с другой . Решение этой задачи осуществляется путем совместного моделирова - ния температурных полей и структурно - фазовых превращений в материале [27, 28, 39, 44, 45]. В связи с тем что вопросы разработки новых гибридных станочных систем относятся к кри - тическим производственным и промышленным технологиям , в литературе наблюдается нехват - ка экспериментальных работ , направленных на анализ эффективности их проектирования и вне - дрения . Целью работы является повышение произ - водительности и снижение энергозатрат при по - верхностно - термическом упрочнении деталей машин посредством воздействия концентриро - ванными источниками энергии в условиях инте - гральной обработки . Рис . 2. Кинетическая кривая нагрева и охлаждения стали в процессе закалки Fig. 2. Kinetic curve of steel heating and cooling during quenching