МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВЫ В ПРОЦЕССЕ ВАКУУМНОГО ХРОМИРОВАНИЯ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ

Авторы

  • В. И. Сидоренко ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • И. В. Штенников ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2017-2-71-75

Ключевые слова:

полые детали, вакуумное хромирование, тепловые процессы, температура основы, математическая модель

Аннотация

Обоснована актуальность проведения исследований теплового состояния полой детали при нанесении металлических покрытий на поверхность отверстий методом термического испарения материала в вакууме с соосно расположенного стержневого резистивного испарителя. Проанализированы тепловые процессы, протекающие при вакуумном хромировании полых деталей, приведена схема теплообмена и составлено уравнение, описывающее тепловое состояние q ( t ) детали во время осаждения покрытия: . На покрываемую поверхность детали действуют тепловые потоки, образованные за счет излучения испарителя - плотностью q изл и выделения теплоты конденсации материала покрытия - плотностью q конд . Теплообмен между наружной цилиндрической поверхностью детали и внутренними устройствами вакуумной камеры характеризуется потоком плотностью qдет.нар; передача тепла от торцовых поверхностей детали к элементам технологической оснастки - потоком плотностью q тор . На эндотермическую реакцию фазового превращения в материале детали расходуется тепловой поток плотностью q фаз . Вследствие близкого расположения испарителя к покрываемой поверхности достаточно интенсивных режимов нанесения покрытий и хорошей теплоизоляции детали от элементов технологической оснастки принято, что тепло распространяется только в радиальном направлении; испарение материала происходит равномерно по всей длине испарителя; перераспределением тепла вдоль детали и тепловыми потерями ее торцов q тор пренебрегаем. Влияние теплоты эндотермической реакции фазового перехода q фаз решено не учитывать, поскольку формирование покрытия производят обычно при температурах, не превышающих температуру фазовых превращений в материале детали. С учетом описанных особенностей условий формирования покрытия составлено уравнение теплопроводности, определены начальные и граничные условия, разработана математическая модель теплового состояния основы (поверхности конденсации). Результаты теоретических исследований получены методом конечных разностей при использовании метода прогонки. Вычисления выполнены в соответствии с разработанным алгоритмом по программе расчета изменения температуры детали при формировании хромового покрытия на поверхности отверстий. Отличие расчетных данных математической модели от результатов экспериментальных исследований не превышает 5 %, что подтверждает достоверность полученной математической модели теплового состояния основы в процессе вакуумного хромирования полых деталей с использованием резистивного стержневого испарителя.

Биографии авторов

В. И. Сидоренко, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Технология металлов и маталловедение»

И. В. Штенников, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электротехника»

Библиографические ссылки

Заявка № 58-42267 Японии, МКИ С23С 13/02. Способ нанесения покрытия на внутреннюю поверхность труб. 19.09.83.

Ушаков В. В., Сидоренко В. И., Шаврин О. И. Повышение эффективности процесса хромирования стальных изделий // Автоматизация и механизация трудоемких процессов : тезисы научных докладов. - Устинов : Удмуртия, 1984. - С. 37-38.

Патент на изобретение № 1487486 России, МКИ С23С 14/00. Устройство для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность длинномерных изделий / Сидоренко В. И., Штенников И. В., Яриков А. Б. (Россия). - № 4107792/24-21; Заявл. 04.06.86.

Сидоренко В. И., Штенников И. В., Поскребышев Ю. А., Семенов С. А. Совершенствование технологии вакуумного хромирования полых изделий // Ученые Ижевского механического института - производству : тезисы научных докладов. - Ижевск : ИМИ, 1990. - С. 61.

Мовчан Б. А., Малашенко И. С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме / под ред. Б. Е. Патона. - Киев : Наук. думка, 1983. - 232 с.

Ройх И. Л., Колтунова Л. Н., Федосов С. Н. Нанесение защитных покрытий в вакууме. - М. : Машиностроение, 1976. - 368 с.

Там же.

Там же.

Воеводин. А. А., Дунаев В. А., Любимов В. В., Ерохин А. Л. Прогнозирование и управление температурой осаждения многослойных покрытий, получаемых электродуговым испарением в вакууме // Физика и химия обработки материалов. - 1992. - № 6. - С. 86-91.

Сидоренко В. И., Шаврин О. И, Штенников И. В. О влиянии теплового излучения испарителя при конденсационном хромировании внутренней поверхности труб // Современные достижения в области металловедения и термообработки : сборник научных статей. -Пермь, 1985. - С. 117-124.

Сидоренко В. И. Феноменологические признаки конденсационного метода упрочнения и защиты малых отверстий деталей // ХХХI научно-техническая конференция ИжГТУ : тезисы докладов. - Ч. 2. - Ижевск, 1998. - С. 190-194.

Сидоренко В. И., Фефилов К. П. Тепловое состояние поверхности конденсации при нанесении металлических покрытий // Вестник ИжГТУ. - 2000. - Вып. 1. - С. 21-22.

Сидоренко В. И. Феноменологические признаки конденсационного метода упрочнения и защиты малых отверстий деталей.

Сидоренко В. И., Фефилов К. П. Тепловое состояние поверхности конденсации при нанесении металлических покрытий.

Сидоренко В. И., Штенников И. В., Фефилов К. П. Разработка алгоритма проектирования вакуумного хромирования полых деталей // Вестник ИжГТУ. - 2000. - Вып. 1. - С. 20-21.

Сидоренко В. И., Штенников И. В. Конусообразные кристаллиты в структуре хромовых покрытий // Приборостроение в ХХI веке. Интеграция науки, образования и производства : труды научно-технической конференции. - Ижевск : Удмуртский университет, 2001. - С. 48-52.

Сидоренко В. И., Штенников И. В., Фефилов К. П. Разработка алгоритма проектирования вакуумного хромирования полых деталей.

Сидоренко В. И., Штенников И. В. Конусообразные кристаллиты в структуре хромовых покрытий.

Сидоренко В. И., Штенников И. В. Исследование вакуумных конденсатов хрома // Моделирование технических систем и технологий : сб. науч. Статей. - Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 1996. - С. 97-99.

Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие. - М. : Энаргоатомиздат, 1990. - 367 с.

Технология тонких пленок. Справочник / под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга. - М. : Сов. радио, 1977.

Ройх И. Л., Колтунова Л. Н., Федосов С. Н. Нанесение защитных покрытий в вакууме.

Сидоренко В. И., Штенников И. В. Конусообразные кристаллиты в структуре хромовых покрытий.

Сидоренко В. И., Штенников И. В. Исследование вакуумных конденсатов хрома.

Мовчан Б. А., Малашенко И. С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме.

Ройх И. Л., Колтунова Л. Н., Федосов С. Н. Нанесение защитных покрытий в вакууме.

Там же.

Рыбин Б. С., Ройх И. Л. Процессы диффузии и теплопроводности в вакуумных конденсатах // Физика металлов и металловедение. - 1970. - Т. 30. - № 2. - С. 276-280.

Самарский А. А. Введение в численные методы. - М. : Наука, 1987. - 288 с.

Там же.

Патент на изобретение № 1487486 России, МКИ С23С 14/00. Устройство для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность длинномерных изделий / Сидоренко В. И., Штенников И. В., Яриков А. Б. (Россия). - № 4107792/24-21; Заявл. 04.06.86.

Сидоренко В. И., Штенников И. В., Черемисинова Л. В. Порошковые испарители для получения покрытий на внутренней поверхности детали // Ученые Ижевского механического института - производству : тезисы научных докладов. - Т. 1. - Ижевск : ИМИ, 1992. - С. 62.

Погрешность измерения температуры при различной заделке термопар / А. К. Костин и др. // Двигателестроение. - 1982. - № 8. - С. 29-31.

Сидоренко В. И., Шаврин О. И, Штенников И. В. О влиянии теплового излучения испарителя при конденсационном хромировании внутренней поверхности труб.

Кидин И. Н. Физические основы электротермической обработки металлов и сплавов. - М. : Металлургия, 1969. - 375с.

Опубликован

14.08.2017

Как цитировать

Сидоренко, В. И., & Штенников, И. В. (2017). МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВЫ В ПРОЦЕССЕ ВАКУУМНОГО ХРОМИРОВАНИЯ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ. Интеллектуальные системы в производстве, 15(2), 71–75. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2017-2-71-75

Выпуск

Раздел

Энергетическое, металлургическое и химическое машиностроение