Определение геометрических параметров деформирующего инструмента для дорнования трубчатых деталей

Цель работы - по результатам оценки влияния геометрических параметров дорна на силовые характеристики процесса и качество обработки при дорновании трубчатых деталей выбрать рациональные параметры деформирующего инструмента. В работе использован метод конечных элементов в программе Ansys 19.1 R2 для моделирования процесса дорнования трубчатых деталей, выполненных из стали 45. В ходе исследований изучено влияние угла заборного конуса, ширины калибрующего пояска и угла обратного конуса на распределение остаточных напряжений, упругопластических деформаций и силы тяги. Установлено, что при величине угла заборного конуса равном 2° сила тяги является наибольшей из-за сил трения, а если более 4°, качество обработанных поверхностей ухудшается. Показано, что уменьшение ширины калибрующего пояска (менее 2 мм) нарушает стабильность деформирования, а увеличение ширины свыше 3 мм приводит к повышению сил трения и образованию задиров. Определено, что при отсутствии обратного конуса или при его малой величине (2°) происходит резкий рост силы тяги из-за концентрации давления на острой кромке деформирующего инструмента и увеличения площади контакта. Показано, что при значении угла обратного конуса равном 8° на поверхности начинает появляться микронеровность, что в долгосрочной перспективе приведет к ухудшению качества обрабатываемой поверхности. Таким образом, на основе комплексного анализа процесса дорнования определены рациональные геометрические параметры дорна при натяге 0,4 мм: ширина калибрующего пояска 2,5 мм, угол заборного конуса 4° и угол обратного конуса 4-6°. Данные параметры обеспечивают минимальное значение силы тяги (54,2- 54,4 кН) при высокой точности профиля поверхности (отклонение » 3,5 мкм).

1. Ke Lu., Li Y., Li Ch., Jiang Xu., Ye Ju., Chen A., et al. Fatigue mechanisms and life prediction of cracked steel elements repaired with cold-expanded crack-stop holes // International Journal of Fatigue. 2026. Vol. 207. P. 109484. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2026.109484. EDN: RWHJZY.

2. Зайдес С.А., Исаев А.Н. Технологическая механика осесимметричного деформирования: монография. Иркутск: ИрГТУ, 2007. 432 с.

3. Зайдес С.А., Ле Т.Т. Оценка влияния направления упрочненных армированных волокон на деформирующую способность цилиндрических деталей // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2025. № 9. С. 41–52. EDN: OHOISU.

4. Mao J.X., Xian Zh.F., Wang X., Hu D.Y., Pan J.Ch., Wang R.Q., et al. Fatigue life prediction of cold expansion hole using physics-enhanced data-driven method // International Journal of Fatigue. 2025. Vol. 190. P. 108634. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2024.108634. EDN: KPTDVQ.

5. Zheng Guo, Ye Junjie, Cao Zengqiang. Electromagnetic impact assisted cold expansion method to improve fatigue performance of holed structures: Fatigue failure mechanism and life prediction // Results in Engineering. 2026. Vol. 30. Р. 110490. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2026.110490.

6. Becerra-Becerra E., Aguilera Ojeda C.O., Saldaña-Robles A.Reveles-Arredondo J.F., Barco-Burgos J., Vidal-Lesso

7. A. A review of numerical simulation of ball burnishing process // Finite Elements in Analysis and Design. 2023. Vol. 218. P. 103926. https://doi.org/10.1016/j.finel.2023.103926. EDN: XNMBTO.

8. Bao Weichao, Huang Lei, Su Ru, Ma Haikun, Li Hua, Dong Hui, et al. Effect of split sleeve cold expansion on microstructure and fatigue performance of heterostructure 7050-T7451 aluminum alloy holes // Engineering Failure Analysis. 2026. Vol. 194. P. 110971. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2026.110971.

9. Guo Zheng, Junjie Ye, Zengqiang Cao. A double-side symmetric cold expansion method to improve fatigue performance of holed structures: fatigue failure mechanism and life prediction // Results in Engineering. 2026. Vol. 29. Р. 109354. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2026.109354.

10. Сивцев Н.С., Тарасов В.В. Численное исследование напряженно-деформированного состояния заготовки в

11. контактной задаче поверхностного дорнования отверстий // Наука и техника. 2021. Т. 20. № 3. С. 259–267. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-3-259-267. EDN: HTPPAS.

12. Feng Feng, Zhao Zirui, Wang Zibiao, Li Bo, Lin Xiaoxuan, Zhang Jianfu, Feng Pingfa, et al. A calculation method for residual stress of cold expanded hole based on measured springback // Measurement. 2023. Vol. 218. Р. 113262. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2023.113262.

13. Dyl T.C., Kuśmierska-Matyszczak W. The effect of the burnishing process on the strain rate and state stress in hollow steel tubes // Metals. 2025. Vol. 15. Iss. 7. Р. 694. https://doi.org/10.3390/met15070694.

14. Рябичева Л.А., Белозир И.И. Моделирование технологических параметров свободного дорнования порошковых пористых заготовок // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2023. № 36. С. 90–94. https://doi.org/10.26160/2474-5901-2023-36-90-94. EDN: GQYFRT.

15. Проскуряков Ю.Г. Технология упрочняюще-калибрующей и формообразующей обработки металлов. М.: Машиностроение, 1971. 208 с.

16. Shi Hangjie, Wang Zhiguo, Zuo Yangjie. Gradient cold expansion fatigue behaviors of titanium open hole structures

17. under large expansion size // Engineering Failure Analysis. 2026. Vol. 188. P. 110648. https://doi.org/10.1016/ j.engfailanal.2026.110648.

18. Wan Nian, Zhao Biao, Ding Wenfeng, He Qiang. Research status and tendency on cold expansion anti-fatigue manufacturing technology for aircraft structural fastening holes // Journal of Manufacturing Processes. 2025. Vol. 141. P. 319–335. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2025.02.068.

19. Smith L., Wieland D. Probabilistic analysis of cold expanded holes // Procedia Structural Integrity. 2026. Vol. 79.

20. P. 275–282. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2025.12.334.

21. Zhang D., Ji Sh., Wang Zh., Yang Ya., Yang H., Li H. Mechanism and control of wall thickness evolution in mandrelfree drawing of capillary tubes // Journal of Manufacturing Processes. 2026. Vol. 160. P. 28–49. https://doi.org/ 10.1016/j.jmapro.2026.01.014. EDN: KGVZZQ.

22. Liu J., Lin X., Feng F., Wang Z., Zhao Z., Bai Zh., et al. Study on the surface defect of aluminum alloy hole burnishing //

23. Tribology International. 2023. Vol. 184. P. 108490. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108490. EDN: KWFTKU.

24. Huang Q., Liu Ju., Yang M. Study on erosion behavior and simulation of 45-steel induced by sand-carrying fluid // Case

25. Studies in Construction Materials. 2025. Vol. 23. Р. e05664. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2025.e05664. EDN: NEPEVO.

26. Yang Jinggang. Research on surface alloying and remelting polishing of 45 steel for wear resistance applications in transportation engineering // Materials Letters. 2026. Vol. 420. P. 141082. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2026.141082.

27. Huang X., Schmidt R., Strodick S., Walther F., Biermann D., Zabel A. Simulation and modeling of the residualтstress state in the sub-surface zone of BTA deep-hole drilled specimens with eigenstrain theory // Procedia CIRP.2021. Vol. 102. P. 150–155. https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.09.026. EDN: LWMUZQ.

28. Зайдес С.А., Хо М.К. Степень упрочнения и глубина наклепа при маятниковом поверхностном пластическом деформировании углеродистой стали // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2023. Т. 66.

29. № 3. С. 272–282. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2023-3-272-282. EDN: PSTNGB.

30. Баженов В.Г., Нагорных Е.В. Численный анализ больших упругопластических деформаций тел и сред и идентификация их диаграмм деформирования при различных видах нагружения // Ученые записки Казанского университета. Серия: Физико-математические науки. 2022. Т. 164. № 4. С. 316–328. https://doi.org/ 10.26907/2541-7746.2022.4.316-328. EDN: PQJJQB.

31. Wetzel C., Rohl M., Manes T., Kadado A. Plastic deformation of the pediatric forearm: recognition, radiographic measurement, and management // Journal of the Pediatric Orthopaedic Society of North America. 2026. Vol. 15. P. 100372. https://doi.org/10.1016/j.jp