Modeling of Thermal Processes in a Technological System during Electromechanical Processing

Authors

  • V. R. Edigarov Omsk Armored Engineering Institute
  • B. S. Alimbaeva Omsk Armored Engineering Institute

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2022-3-38-46

Keywords:

mathematical model, thermal processes, heat release, thermal conductivity

Abstract

The article presents mathematical models of thermal processes of combined methods of electromechanical processing, which are based on the heat conduction equations, which take into account thermophysical properties (thermal diffusivity, heat capacity, thermal conductivity and heat transfer), initial and boundary conditions, technological and other features of the studied processing methods. In view of the fact that electromechanical processing (EMT) is characterized by a process with a volumetric heat release zone, with sufficiently small dimensions and high intensity, it is assumed that the determination of temperature fields can be carried out using the superposition principle. In this case, the main factors affecting the amount of heat propagating into the contacting bodies are the intensity of heat removal, the thermophysical properties of the contacting bodies, and the speed of their relative movement. Dependences are proposed that allow one to describe the temperature fields in the volumes of parts subjected to thermal deformation during electromechanical processing, which have significant geometric parameters that ensure sufficient heat removal from the treated surfaces into the part. It has been established that in the case of processing parts of small dimensions, with insignificant heat removal, it becomes necessary to take into account the accumulation of heat, which will lead to a general increase in temperature in the technological system during processing, and a decrease in the efficiency of the hardening process. The derived mathematical dependencies in the form of heat conduction equations with the established restrictions make it possible to determine the parameters of thermal fields during electromechanical processing in the system “working tool” - “local microvolume of the surface layer”, while these presented mathematical relationships are presented in a linear formulation with thermophysical coefficients. It has been theoretically established and experimentally confirmed that in the process of processing the main factors affecting the amount of heat propagating into the contacting bodies are the intensity of heat removal, the thermophysical properties of the contacting bodies, and the speed of their relative movement. The performed experimental studies have confirmed the adequacy of the mathematical dependencies used to calculate the temperatures in the local microvolumes of the treated surface layer.

Author Biographies

V. R. Edigarov, Omsk Armored Engineering Institute

PhD in Engineering, Associate Professor

B. S. Alimbaeva, Omsk Armored Engineering Institute

PhD in Engineering, Associate Professor

References

Аскинази Б. М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. М. : Машиностроение, 1989. 200 с.

Методика математического описания опытных кривых распределения остаточных напряжений в поверхности металла после электромеханической обработки / В. П. Багмутов, И. Н. Захаров, М. Д. Романенко, В. В. Баринов // Материалы XXXIII Международной инновационной конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС - 2021) (Москва, 30 ноября - 02 декабря 2021 г.). М. : 2021. С. 18-23.

Дудкина Н. Г., Захаров И. Н., Баринов В. В. Повышение эффективности электромеханической обработки поверхностным пластическим деформированием // Главный механик. 2021. № 1. С. 16-22.

Горленко О. А. Повышение эксплуатационных свойств деталей машин электромеханической обработкой // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. № 2 (116). С. 27-35.

Повышение долговечности резьбовых соединений электромеханической обработкой / Л. В. Федорова, Ю. С. Иванова, В. Н. Зарипов, Т. Р. Хуснетдинов // Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов : сборник научных статей Международной научно-технической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика А. А. Байкова (Курск, 18 сентября 2020 г.). С. 228-231.

Дудкина Н. Г. Исследование поверхностного слоя стали 45, подвергнутой электромеханической обработке с импульсным деформированием // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 4 (778). С. 17-21.

Хейфец М. Л. Проектирование процессов комбинированной обработки. М. : Машиностроение, 2005. 320 с.

Морозов А. В., Хабиева Л. Л., Кнюров А. А. Моделирование тепловых процессов при электромеханическом дорновании отверстий в стальных заготовках // Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. Т. 16, № 12 (192). С. 543-546.

Влияние структуры и свойств поверхностного слоя на усталостную прочность закаленных сталей, упрочненных комбинированной электромеханической обработкой / В. П. Багмутов, Н. Г. Дудкина, И. Н. Захаров, М. Д. Романенко, В. В. Чекунов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2019. Т. 62, № 6. С. 438-445.

Волков М. И. Теоретические исследования режимов электромеханического упрочнения дисковых рабочих органов // Роль аграрной науки в устойчивом развитии сельских территорий : материалы III Всероссийской (национальной) научной конференции (Новосибирск, 20 ноября 2018 г.). Новосибирск : НГАУ, 2018. С. 561-563.

Горленко А. О., Шевцов М. Ю. Повышение качества поверхностного слоя методом комбинированной электромеханической обработки // Современные материалы, техника и технологии. 2018. № 5 (20). С. 14-27.

Ahtulov A., Edigarov V., Dadayn S. Assessment of the influence of the surface modification process on the wear intensity in the operation of internal combustion engines loaded parts. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTME-2019.IOP Publishing. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering.709 (2020) 044031, рр. 1-8. DOI: 10.1088/1757-899X/709/4/044031

Молодец А. М., Голышев А. А. Объемно-температурная зависимость электро- и теплофизических свойств α-железа при высоких давлениях и температурах // Журнал технической физики. 2021. Т. 91, № 9. С. 1403-1408.

Дудкина Н. Г., Захаров И. Н., Романенко М. Д., Баринов В. В. Исследование качественных характеристик поверхностного слоя сталей, подвергнутых электромеханической обработке с динамическим деформированием // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 18. № 9 (213). С. 421-425.

Гаврилов Д. В., Федоров С. К. Повышение долговечности деталей электромеханической обработкой // Инновационные технологии, оборудование и материальные заготовки в машиностроении : сборник трудов международной научно-технической конференции (МашТех 2022) (Москва, 12 апреля 2022 г.). С. 287-289.

Григорьев С. Н., Сафонов С. В., Смоленцев В. П. Проектирование комбинированных процессов модификации поверхностного слоя типовых деталей // Вестник Воронежского государственного технического университета, 2016. Т. 12, № 4. С. 54-61.

Сафонов С. В. Моделирование процесса модификации и изменения толщины покрытий // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2015. Т. 11, № 4. С. 8-12.

Исследование влияния теплофизических характеристик на тепловые процессы при моделировании сварки плавлением / И. В. Усанин, Д. А. Лютов, Т. В. Ольшанская, Е. С. Саломатова, Е. М. Федосеева // Химия. Экология. Урбанистика. 2020. Т. 1. С. 409-412.

Исследование структуры среднеуглеродистых сталей после электромеханической обработки / Ю. С. Иванова, В. Н. Зарипов, В. Т. Нго, Со. Л. Мьят, Ч. У. Йе // Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. Т. 16, № 10 (190). С. 473-477.

Edigarov V.R., Akhtulov A.L., Dadayan S.E., Maly V.V. Friction-electric modification of the surfaces of machine parts with tungsten carbides. Key Engineering Materials, 2022, vol. 910 KEM, pp. 538-543.

Буйносов А. П., Динисламов А. Р. Расчет теплового процесса поверхностного упрочнения стали деталей механической части железнодорожного подвижного состава при регламентированном нагреве равномерно распределенными источниками // Транспорт Урала. 2019. № 3 (62). С. 28-35.

Published

25.09.2022

How to Cite

Edigarov В. Р., & Alimbaeva Б. Ш. (2022). Modeling of Thermal Processes in a Technological System during Electromechanical Processing. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 25(3), 38–46. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2022-3-38-46

Issue

Section

Articles