Obrabotka Metallov. 2016 no. 3(72)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (72) 2016 43 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ты толщина стенок индуктора составляет a = 0,12...0,15 мм [21–23]. Металлографические исследования прово- дили на оптическом микроскопе Carl ZeissAxio Observer A1m и растровом электронном микро- скопе Carl Zeiss EVO 50 XVP. Металлографиче- ские шлифы готовили по стандартной техноло- гии, основанной на механическом шлифовании и полировании анализируемого материала. Математическое моделирование Подготовка конечно-элементной модели (построение 3D модели образца, назначение типа конечных элементов (КЭ) и создание ре- гулярной КЭ сетки) осуществлялась в програм- мном комплексе ANSYS . Генератором ANSYS Meshing была сформирована гексаэдрическая КЭ сетка с использованием следующих типов конечных элементов: Solid bodies – твердые тела моделировали восьмиузловыми тетра- эдрами SOLID 45; Surface bodies – поверхност- ные тела моделировали четырехузловыми че- тырехугольными оболочковыми элементами SHELL 63; Line bodies – линейные тела моделировали двухузловыми линейными элементами LINK 8. Раз- мер конечных элементов составлял 0,01…1 мм. Общее количество эле- ментов( Elements ) –2 116 119(рис.2), при этом узлов (Nodes) – 7 482 433. При создании КЭ модели были созданы следующие компоненты: « Volume » – группа трехмерных эле- ментов, обозначающих обрабаты- ваемый объект; « Trajectory » – груп- па одномерных элементов, которая определяет траекторию перемеще- Рис. 1. Схема обработки при ВЭН ТВЧ 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 двух- мерных элементов, обозначающих поверхности, по которым происходят конвективные и радиа- ционные тепловые потери ( Convective and Radi- ative Losses ); « ClampedNodes » – группа узлов, по которым происходит закрепление диска. Моделирование процесса ВЭНТВЧ осу- ществляли в системе SYSWELD, позволяю- щей посредством использования модели упру- го-вязкопластического поведения материала и современного математического аппарата осу- ществить расчет температурных полей, распре- деления структурных составляющих, твердости, внутренних напряжений и деформаций [24]. При нагреве ТВЧ источником выделения энергии являются вихревые токи, возникающие в материале при воздействии переменных маг- нитных и электрических полей. Величина удель- ной мощности нагрева будет определяться плот- ностью тока J , характер изменения которого по глубине металла описывается зависимостью 0 0      e f Z Z J e J . Здесь J Z – плотность тока на глубине Z ; J 0 – плот- ность тока на поверхности;  e – удельное элек- трическое сопротивление; f – частота тока;  0 – абсолютная магнитная проницаемость вакуума; Рис. 2. Конечно-элементная модель процесса ВЭН ТВЧ