Николай Валерьевич Вулых, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Nikolay V. Vulykh, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Engineering Technologies and Materials
83 Lermontov St., Irkutsk 664074
Александр Николаевич Вулых, студент
664038, Иркутская область, Иркутский р-н, п. Молодежный, 1/1
Alexander N. Vulykh, Student
1/1, Molodezhny settlement, Irkutsk region, Irkutsk district, 664038
Цель – установить геометрию формоизменения модели микронеровностей на рабочих поверхностях деталей при степенях деформирования, сопоставимых с высотой исходного микропрофиля; выявить влияние степени осадки микропрофиля на изменение его формы при стесненных условиях нагружения; оценить напряженное состояние микропрофиля по интенсивности напряжений. Для расчета численной модели микропрофиля на поверхностях деталей использована программная среда ANSYS Workbench. В качестве материала микропрофиля применяли свинец, олово, алюминий и медь. Разработана компьютерная модель осадки микропрофиля при стесненных условиях нагружения. Установлено, что поднятие дна впадины начинается при осадке микропрофиля величиной 10–20% и достигает значений 0,213–0,275 мм от первоначальной высоты профиля в зависимости от его материала. Относительная длина сглаженного участка микропрофиля достигает 0,786–0,925 мм от его первоначальной длины. Угол при основании деформированного микропрофиля достиг 570 – для моделей из меди, и 800 – для моделей из свинца. Глубина пустот составляет от 1,4 мм – 23% от первоначальной высоты профиля для моделей из свинца, и 1,8 мм – 30% от первоначальной высоты профиля для моделей из меди. При максимальной осадке микропрофиля увеличение предела текучести материала микронеровностей с 10 до 60 МПа способствует снижению как угла при основании деформированного микропрофиля, так и относительной длины и вертикального подъема максимальной точки впадин микропрофиля. Установлено, что смыкания боковых поверхностей микропрофиля не произошло. Напряженное состояние микропрофиля при осадке на 50% превысило предел его прочности в 4–8 раз. Представлен характер формоизменения микропрофиля, смоделированного из пластичных металлических материалов. Установлено, что численный расчет хорошо согласуется с результатами экспериментальных исследований по моделям микропрофиля, выполненным из свинца. Необходимо отметить, что полное выглаживание микропрофиля, вероятно, произойдет от поднятия впадин и сближения его боковых поверхностей. Результаты исследования полезно использовать при проектировании и изготовлении затворных узлов трубопроводной арматуры.
The present paper aims to describe shape changes in a microroughness model developed for the working surfaces of parts at degrees of deformation commensurate with the height of the original microprofile; to establish how the degree of microprofile upsetting affects its shape under constrained loading conditions; as well as to estimate the stress state of the microprofile by stress intensity. A numerical model describing the surface microprofile of parts was calculated using the ANSYS Workbench environment. Lead, tin, aluminum, and copper were used as microprofile materials. In addition, microprofile upsetting was computer simulated under constrained loading conditions. The valley bottom was found to rise at a 10–20% microprofile upsetting by 0.213–0.275 mm relative to the original profile height, depending on its material. The relative length of the smoothed microprofile section amounted to 0.786–0.925 mm of its original length. The base angle of the deformed microprofile reached 570 and 800 for copper and lead models, respectively. The depth of valleys ranged from 1.4 mm (23% of the original profile height) for lead models and from 1.8 mm (30% of the original profile height) for copper models. In the case of maximum microprofile upsetting, an increase in the yield strength of microrough material from 10 to 60 MPa contributed to a reduction in the base angle of the deformed microprofile, as well as relative length and the vertical rise of microprofile valleys at their highest point. No interlocking of lateral microprofile surfaces was observed. At a 50% upsetting, the stress state of the microprofile exceeded its ultimate strength by 4–8 times. The shape changes simulated for the microprofile from plastic metallic materials are described. The performed numerical simulation correlates well with the experimental results obtained for lead microprofile models. It is worth noting that the complete smoothing of the microprofile is likely to occur through the rise of valleys and the approaching of its lateral surfaces. The study results can be used for designing and manufacturing valve gate assemblies.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.