Моделювання та оптимізація режимів об’ємно- поверхневого електроіндукційного закалювання кілець касетного підшипника

Анотація

DOI: https://doi.org/10.32820/2079-1747-2020-25-38-55

Однією з останніх тенденцій в сучасному машинобудуванні є використання інноваційних «закритих» підшипникових вузлів з підвищеним міжсервісним та гарантійним терміном, які відповідають найвищим вимогам в плані надійності та довговічності. Для досягнення високих експлуатаційних показників таких підшипникових вузлів необхідо при їх виготовленні використовувати сучасні технології та передове обладнання. В роботі розглянуті проблеми розробки математичної моделі і чисельних методів розрахунку фізико-механічних властивостей матеріалу кільця касетного підшипника під час та після електроіндукційного гарту, а також оптимізації його режимів з метою забезпечення необхідної картини твердості, залишкових напруг та аустеніту. Отримані результати можуть бути використані при створенні промислової технології і обладнання для застосування при масовому виробництві касетних підшипників.
В роботі отримано математичну мульти-фізична модель, що складається з взаємозв'язаних рівнянь електромагнітного поля Максвелла і рівнянь теплопровідності Фур'є з відповідними граничними умовами, доповнена співвідношеннями, що моделюють перетворення мікроструктури стали з одного стану в інший в процесі термообробки.
Математична модель верифікована на тестових завданнях, а також «налаштована на подшипниковую сталь» (за результатами вирішення тестових завдань ідентифіковані бракуючі характеристики стали).
Вирішені задачі моделювання однокрокової об'ємної гарту внутрішнього кільця і трьох- етапної об'ємно-поверхневого гарту зовнішнього касетного підшипника з оптимізацією режимів гартування виходячи з умов забезпечення твердості на поверхні 59<HRC<63 (з глибиною шару s > 2 мм) і в ядрі заготовки - HRC<45 з досягненням мінімуму споживаної енергії.