Obrabotka Metallov 2013 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (60) 2013 94 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Процесс закалки связан с появлением напряже- ний, которые в ряде случаев могут привести к коро- блению и деформации деталей. Также на деформацию влияют материал, размеры, геометрия и толщина за- каливаемых деталей, кроме того, детали помещаются в закалочную среду с конечной скоростью, что также вносит вклад в общую деформацию деталей [1, 3]. Эта проблема особенно актуальна в авиастроении, где детали обладают малой жесткостью [4, 9]. В настоящее время борьба с закалочными дефор- мациями ведется следующими способами [3, 6, 7, 8]: рациональное конструирование деталей, фиксация деталей и задание дополнительных припусков на чистовую механическую обработку, выполняемую после термообработки. Однако существующие ме- тодики определения закалочных деформаций [3, 5] носят либо качественный характер, либо сложны и не обладают необходимой точностью для нежестких деталей. Отсутствие достоверной методики прогно- зирования закалочных напряжений приводит к зна- УДК 536.24:517.9 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАКАЛКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ А.С. БАЧУРИН, аспирант К.Н. БОБИН, канд. техн. наук, доцент К.А. МАТВЕЕВ, доктор техн. наук, профессор Н.А. РЫНГАЧ, канд. техн. наук, доцент Н.В. КУРЛАЕВ, доктор техн. наук, профессор ( НГТУ, г. Новосибирск ) Поступила 4 июня 2013 года Рецензирование 20 августа 2013 года Принята к печати 5 сентября 2013 года Бачурин А.С. – 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: bachurin.a.s@yandex.ru Производство высокоточных деталей часто сталкивается с необходимостью прогнозирования деформаций, вызы- ваемых термической обработкой. Основная сложность подобных расчетов заключается в наличии нестационарного те- плообмена между закалочной средой и деталью, а также в отсутствии достоверной информации о сходимости решений подобных задач с экспериментальными исследованиями. В работе проведено решение связанной задачи нестационар- ного теплообмена и термической деформации образца из алюминиевого сплава и сравнение результатов расчета с экс- периментальными данными. В расчетах учтена зависимость коэффициента теплообмена между поверхностью детали и закалочной средой от температуры поверхности детали, скорости и направления погружения детали в закалочную среду. В результате расчетов были получены температурные поля в детали, возникающие напряжения и деформации детали. Экспериментальные данные подтвердили характер деформации, полученной при расчете, разность между де- формациями, полученными при расчетах и экспериментальными данными, составила 23%. Ключевые слова: ANSYS, численное моделирование, закалка, закалочные напряжения, закалочные деформации. чительному количеству бракованных деталей, к ко- торым предъявляются повышенные требования по точности изготовления. В настоящее время существующее программное обеспечение позволяет производить анализ тепловых деформаций [8, 10, 11, 12], но для моделирования за- калки необходимо задать функцию, описывающую теплообмен между поверхностью детали и закалоч- ной средой. Кроме того, для получения достовер- ных результатов необходимо учитывать изменение теплообмена между закалочной средой и деталью, зависящего от температуры поверхности детали [2], а также направление и скорость погружения детали в закалочную среду. Проведенный анализ доступной литературы [8, 12], посвященной термической об- работке, показал, что готовых решений для задач в данной постановке не существует, однако возможно решение подобных задач с применением связанного междисциплинарного анализа. Главной проблемой такого анализа является вопрос сходимости резуль- татов расчетов с экспериментальными данными, поэтому для практического применения результатов