МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛАЗМЕННОГО ПОДОГРЕВА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ

Александр Владимирович Прохоров, Александра Викторовна Акинцева

Аннотация


В статье рассматривается вопрос математического моделирования процесса плазменно-механической обработки круглых цилиндрических заготовок для случая стационарного
и нестационарного режимов. Подогрев заготовки плазменной дугой позволяет значительно снизить прочностные характеристики обрабатываемого материала и существенно повысить производительность операций формообразования. При построении теплофизической модели используется авторская методика, базирующаяся на действии фиктивных
приповерхностных внутренних источников теплоты. Основой моделирования служат
дифференциальные уравнения переноса тепла в частных производных в предположении
анизотропности и температурной инвариантности физико-механических свойств обрабатываемых материалов. Начальные и граничные условия учитывают как конвективный теплообмен с окружающей средой, так и теплоотдачу излучением в инфракрасном диапазоне.
Для стационарного и нестационарного режимов методом Фурье рассчитаны температурные поля, позволяющие определить значение и градиентную картину в приповерхностном
слое заготовки, подвергающемся наибольшему нагреву. Полученные соотношения приведены к инженерному виду, удобному для проведения практических расчетов. Отличительной особенностью построенных моделей является возможность построения температурных полей вне зависимости от размеров заготовки, так как все соотношения выведены в
безразмерном виде с единым характерным размером – радиусом обрабатываемого вала.
Проведенный численный эксперимент показал границы применимости и необходимости
использования соотношений, учитывающих нестационарность режима на уровне половины характерного размера. При обработке валов длиной более радиуса заготовки влияние
времени становится несущественным и процесс можно считать стационарным. Кроме того, расчеты дали возможность найти оптимальное с точки зрения длительности бесперегревной работы инструмента расстояние между резцом и плазменной горелкой в безразмерном виде


Ключевые слова


плазменно-механическая обработка; математическое моделирование; температурные поля

Полный текст:

PDF

Литература


Резников, Л.А. Теплофизические основы расчета мощности плазмотрона при плазменномеханическом резании / Л.А. Резников // Физика и химия обработки материалов. – 1983. – № 5. – С. 37–40.

Коротких, М.Т. Плазменно-механическая обработка отверстий в высокопрочных и марганцовистых сталях / М.Т. Коротких, М.М. Радкевич, Д.Ю. Кряжев // Вестник машиностроения.

– 2018. – № 10. – С. 70–73.

Коротких, М.Т. Особенности применения плазменного нагрева при обработке труднообрабатываемых материалов резанием / М.Т. Коротких, Л.А. Ушомирская // Металлообработка. –

– № 2 (68). – С. 23–27.

Гаврыш, В.С. Плазменно-механическая обработка заготовок из труднообрабатываемых

материалов / В.С. Гаврыш, Е.В. Бранспиз // Вестник Луганского национального университета

имени Владимира Даля. – 2020. – № 3 (33). – С. 83–87.

Анализ используемых методик для назначения режимных условий процесса резания / В.Ф.

Безъязычный, М.В. Тимофеев, Р.Н. Фоменко, Э.В. Киселёв // Технология металлов. – 2017. – № 12.

– С. 2–10.

Корнеева, В.М. Теплофизическое обоснование возможности повышения скорости резания

при обработке полимерных композиционных материалов / В.М. Корнеева, С.С. Корнеев // Технология металлов. – 2017. – № 6. – С. 2–7.

Влияние режимов резания на температуру при фрезеровании заготовок из труднообрабатываемых материалов / В.Н. Трусов, Д.Л. Скуратов, О.И. Законов, В.В. Шикин // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). – 2011. – № 3-1 (27). – С. 57–62.

Ивченко, Т.Г. Учет температурных ограничений при оптимизации режимов резания труднообрабатываемых материалов / Т.Г. Ивченко, О.В. Пащук // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. – 2018. – № 3 (62). – С. 30–35.

Жовтобрюх, В.А. Теоретическое определение теплового баланса и температуры резания при механической обработке / В.А. Жовтобрюх // Восточно-Европейский журнал передовых

технологий. – 2011. – Т. 5. – № 5 (53). – С. 51–54.

Разработка новой теории тепловых процессов резания. Определение режимов резания, оптимальных по стойкости инструмента / А.Л. Воронцов, Н.М. Султан-заде, А.Ю. Албагачиев, А.И. Савкин // Вестник машиностроения. – 2011. – № 9. – С. 74–77.

Denisenko, А.F. Development of the Heat Model of the Spindle Support Metal Cutting Machine / А.F. Denisenko, L.Y. Podkruglyak // Izvestiya of Samara Scientific Center of the Russian Academy of

Sciences. – 2020. – Vol. 22. – pp. 49-55. DOI: 10.37313/1990-5378-2020-22-3-49-55.

Wu, Z. Heat Modeling and Experiment of Micro-drilling with Multi-parameter Influence / Z. Wu, F. Zhang, K. Feng // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – No. 012035. DOI:

1088/1742-6596/1939/1/012035.

Investigation on Heat Dissipating Performance of Heat Pipe Cutter with Infrared Imager / L. Liang, Y. Quan, S. Zeng, Z. Ke // 10th International Conference on Progress of Machining Technology, ICPMT 2012. – Р. 185–188.

The Effects of Heat Generation on Cutting Tool and Machined Workpiece / T. Ogedengbe, A. Okediji, A. Abioduna, A. Yussouff, O. Aderoba, A. Abiola, I. Alabi, A. Oluwasanmi // Journal of Physics Conference Series. – 2019. – Vol. 1378. – P. 1–10. DOI: 10.1088/1742-6596/1378/2/022012.

Okman, O. Generalized Transient Temperature Behavior in Induction Heated Workpieces /O. Okman, Z. Dursunkaya, A. Tekkaya // Journal of Materials Processing Technology. – 2009. – Vol.

– P. 5932–5939. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2009.07.010.

Babu, K. Mathematical Modeling of Surface Heat Flux During Quenching / K. Babu, P. T-S //Metallurgical and Materials Transactions B-process Metallurgy and Materials Processing Science. – 2010. – Vol. 41. – P. 214–224. DOI: 10.1007/s11663-009-9319-y.

Ohadi, M. Thermal Energy Distributions in the Workpiece During Cutting With an Abrasive Waterjet / M. Ohadi // Journal of Manufacturing Science and Engineering. – 2008. – Vol. 114. – No. 67. DOI: 10.1115/1.2899760.

Agapitov, E. Mathematical Modelling of the Thermal State of a Ladle During Arc Heating of the Melt / E. Agapitov, M. Sokolova, M. Lemeshko // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 969. – No. 012044. DOI: 10.1088/1757-899X/969/1/012044.

Mathematic Model of Heat Transport in Materials During Cutting Process / D. Janáčová, P. Mokrejs, V. Vasek, R. Drga, O. Liska, J. Krenek. – 2016. DOI: 10.2507/26th.daaam.proceedings.005.

Prokhorov, A. A Thermal Model of Resistance Spot Welding / A. Prokhorov // Welding International. – 2016. – Vol. 31. – P. 1–3. DOI: 10.1080/09507116.2016.1243751


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.