Mathematical model of the molten metal drop’s motion on the surface of a steel rotating disk

Abstract

На сьогодні в техніці широко застосовують тонкі сталеві диски, робочі поверхні яких наплавляють стійким до зношування матеріалом товщиною основного та наплавленого металу 2…6 mm і 0,5…2 mm відповідно. Використовують різні методи і способи наплавлення з метою забезпечення оптимальної структури наплавленого металу, стабільності товщини наплавленого шару, економічності процесу наплавлення. В різних роботах розроблена технологія одночасного індукційного наплавлення по всій робочій поверхні тонких дисків зубчастої форми з шириною наплавлення більшою за висоту зуба, з використанням двовиткового кільцевого індуктора. Також показано вплив технологічних схем на стабільність товщини шару наплавленого металу за допомогою порошкоподібного твердого сплаву ПГ-С1. Одна з технологічних схем із використанням теплових і електромагнітних екранів полягає в тому, що в процесі індукційного наплавлення в момент початку розплавлення порошкоподібного сплаву й утворення єдиної рідкої ванни диск піддають обертовому руху навколо осі симетрії з деякою кутовою швидкістю. В результаті цього руху домішки в розплавленому шарі металу будуть рухатися по деяких траєкторіях відносно розплаву, а також унаслідок дії відцентрових сил інерції буде змінюватися форма зовнішньої поверхні ванни розплаву. Це призводить до формування відповідної структури наплавленого металу й забезпечує кращу стабільність товщини наплавленого шару. Тому метою даної роботи є дослідження траєкторій руху різних домішок залежно від їх маси, швидкості обертання, сил опору тертя і в’язкого опору розплаву, які впливають на властивості і стабільність товщини наплавленого металу. Наведені розрахунки дозволяють математично описати досліджувану частинку розплавленого металу, а саме її координати, траєкторію та відносну швидкість переміщення в той чи інший момент часу в проміжку від 0 до 5 s при заданому початковому положенні й кутовій швидкості обертання диска.

The objective of the article is to study the trajectory of motion of different alloys according to mass, rotation speed, force of friction resistance, force of viscous resistance that influence the properties and stability of weld metal. The obtained calculations allow to describe mathematically the molten metal particle under study, in particular its coordinates, trajectory and the relative speed of motion in different time from 0 to 5 s, at a given initial position and angular speed of disk rotation.