Mathematical Model of the Thermal State of the Basis in the Course of Vacuum Chromium Plating of Hollow Details

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.