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 50 ТЕХНОЛОГИЯ дефектов поверхностного слоя на каждом пере - ходе использовались : визуально - оптический ме - тод с применением микроскопа Carl ZeissAxio Observer A1m , капиллярный метод , токовихре - вой метод с применением вихретокового дефек - тоскопа ВД – 70. Статистическая обработка результатов экс - периментальных исследований производилась в программных продуктах Statistica, Table Curve 2D и Table Curve 3D . Математическое моделирование тепловых полей и структурно - фазовых превращений при ВЭН ТВЧ Построение конечно - элементной моде - ли происходило в программных комплексах ANSYS и SYSWELD, использующих численные методы решения дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности ( уравнение Фурье ), диффузии углерода (2- й закон Фика ) и упругопластического поведения материала [27, 28, 33, 34, 38 – 40, 43–45]. Подготовка конечно - элементной модели осу - ществлялась в программном комплексе ANSYS . Генератором ANSYS Meshing была сформирова - на гексаэдрическая конечно - элементная сетка с использованием следующих типов конечных элементов : Solid bodies – твердые тела моде - лировали 8- узловыми тетраэдрами SOLID 45; Surface bodies поверхностные тела моделиро - вали 4- узловыми 4- угольными оболочковыми элементами – SHELL 63; Line bodies – линейные тела моделировали 2- узловыми линейными эле - ментами LINK 8. Размер конечных элементов составлял 0,01 … 1 мм . При создании конечно - элементной модели были созданы следующие компоненты : « Volume » – группа трехмерных элементов , обозначающих обрабатываемый объ - ект ; « Trajectory » – группа одномерных элемен - тов , которая определяет траекторию перемеще - ния источника энергии высокой концентрации ; « Reference » – опорная эквидистанта – группа одномерных элементов , способствующая ори - ентированию локальной системы координат ис - точника энергии ; « StartElem » – стартовые эле - менты начала действия источника ; « StartNodes » и « EndNodes » – начальные и конечные узлы на траектории перемещения ; « Skin » – группа дву - мерных элементов , обозначающие поверхности , по которым происходят конвективные и радиа - ционный тепловые потери ( Convective and Radi- ative Losses ); « ClampedNodes » – группа узлов , по которым происходит закрепление диска ( рис . 4). Моделирование процесса высокоэнергети - ческого нагрева токами высокой частоты осу - ществляли в программном комплексе SYSWELD , который позволяет посредством использования модели упруговязкопластического поведения материала и современного математического ап - парата , осуществить расчет температурных по - лей , распределения структурных составляющих , внутренних напряжений и деформаций . В про - Рис . 4. Конечно - элементная модель процесса ВЭН ТВЧ Fig. 4. Finite element model of the HEH HFC process