МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВЫ В ПРОЦЕССЕ ВАКУУМНОГО ХРОМИРОВАНИЯ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ

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.