Интенсификация напряженного состояния в очаге деформации при локальном воздействии деформирующего инструмента

Целью данной работы является разработка новой схемы отделочно-упрочняющей обработки за счет изменения кинематики деформирующего инструмента с двухрадиусной формой профиля рабочей поверхности и определение напряженно-деформированного состояния в очаге упругопластической деформации и остаточных напряжений в упрочненной зоне поверхностного слоя. Для достижения поставленной цели использовано программное обеспечение для 3D-проектирования SOLIDWORKS 2018 и метод конечных элементов на основе компьютерной программы ANSYS Workbench 19.1 для построения математической модели локального нагружения. Определены временные и остаточные напряжения, деформированное состояние в зоне нагружения, глубина пластического слоя и максимальная величина относительной пластической деформации при разных схемах нагружения рабочим инструментом. В работе установлено, что при реверсивном вращении двухрадиусного ролика значения временных напряжений более чем на 15% выше по сравнению со значением временных напряжений при статическом упрочнении, а остаточные напряжения – больше на 5,7%. При реверсивном вращении двухрадиусного ролика значение максимальной интенсивности деформации выше в 2,11 раза по сравнению со значением максимальной интенсивности деформации при статическом упрочнении. Интенсивность максимальных остаточных напряжений при реверсивном вращении двухрадиусного ролика возникает не на поверхности образца, а в некоторой глубине, которая в 3 раза превышает величину внедрения двухрадиусного ролика. Полученные результаты компьютерного моделирования и численные расчеты свидетельствуют о том, что наибольшее влияние на интенсивность напряженного состояния в очаге деформации оказывает схема реверсивного вращения двухрадиусного тороидального ролика, а наименьшее – схема статического упрочнения однорадиусным роликом. Результаты исследования дают основание полагать, что предложенный технологический процесс поверхностного пластического деформирования на основе реверсивного вращения рабочего инструмента даст возможность снизить величину радиального натяга при сохранении высокого качества поверхностного слоя деталей машин.

1. Отений Я. Н. Технологическое обеспечение качества деталей машин поверхностным пластическим деформированием: монография. Волгоград: Изд-во «Политехник», 2005. 224 с.

2. Смелянский В. М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Изд-во «Машиностроение», 2002. 300 с.

3. Асланян И. Р. Повышение ресурса подшипников скольжения поверхностным пластическим деформированием. Гл. 7. Обработка деталей поверхностным пластическим деформированием: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. С. 348–383.

4. Зайдес С. А., Емельянов В. Н., Попов М. Е. Деформирующая обработка валов. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2013. 452 с.

5. Зайдес С. А., Забродин В. А., Мураткин В. Г. Поверхностное пластическое деформирование. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2002. 304 с.

6. Приходько В. М., Петрова Л. Г., Чудина О. В. Металлофизические основы разработки упрочняющих технологий. М.: Изд-во «Машиностроение», 2003. 384 с.

7. Полухин П. И. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. М.: Изд-во «Металлургия», 1983. 352 с.

8. Зайдес С. А. Новые способы поверхностного пластического деформирования при изготовлении деталей машин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2018. Т. 16. № 3. С. 129–139. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2018-16-3-129-139.

9. Пат. № 2666205, Российская Федерация, C1, В24В 39/04. Способ поверхностного пластического деформирования / Е. А. Гусева, С. А. Зайдес, Нго Као Кыонг; заявитель и правообладатель Иркутский национальный исследовательский технический университет. Заявл. 19.12.2017; опубл. 06.09.2018.

10. Пат. № 2758713, Российская Федерация, C1, В24В 39/04. Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения / С. А. Зайдес, Хыу Хай Нгуен; заявитель и правообладатель Иркутский национальный исследовательский технический университет. Заявл. 14.01.2021; опубл. 01.11.2021.

11. Дальский А. М., Базаров Б. М., Васильев А. С. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве. М.: Изд-во МАИ, 2003. 364 с.

12. Букатый А. С. Повышение точности изготовления ответственных деталей двигателей средствами статического и динамического моделирования // Известия Самарского научного центра Российской Академии наук. 2014. Т. 16. № 6. С. 374–377.

13. Блюменштейн В. Ю., Смелянский В. М. Механика технологического наследования на стадиях обработки и эксплуатации деталей машин. М.: Изд-во «Машиностроение», 2007. 399 с.

14. Peng Jian, Zhou Peishuang, Wang Ying, Dai Qiao, Knowles D., Mostafavi M. Stress triaxiality and lode angle parameter characterization of flat metal specimen with inclined notch // Metals. 2021. Vol. 11. Iss. 10. Р. 1627. https://doi.org/10.3390/met11101627.

15. Bi Yueqi, Yuan Xiaoming, Lv Jishuang, Bashir Rehmat, Wang Shuai, Xue He. Effect of yield strength distribution welded joint on crack propagation path and crack mechanical tip field // Materials. 2021. Vol. 14. Iss. 17. Р. 4947. https://doi.org/10.3390/ma14174947.

16. Liu Haijun, Yang Tao, Han Jiang, Tian Xiaoqing, Chen Shan, Lu Lei. Obtainment of residual stress distribution from surface deformation under continuity constraints for thinned silicon wafers // Machines. 2021. Vol. 9. Iss. 11. Р. 284. https://doi.org/10.3390/machines9110284.

17. Зайдес С. А. Остаточные напряжения и качество калибрированного металла. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1992. 198 с.

18. Baumann M., Selbmann R., Milbrandt M., Kräusel V., Bergmann M. Adjusting the residual stress state in wire drawing products via in-process modification of tool geometries // Materials. 2021. Vol. 14. Iss. 9. Р. 2157. https://doi.org/10.3390/ma14092157.

19. Безъязычный В. Ф., Голованов Д. С. Расчетное определение остаточных напряжений в поверхностном слое обрабатываемой детали при дорновании // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 10. С. 15–20.

20. Зайдес С. А., Нго К. К. Поверхностное деформирование в стесненных условиях: монография. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2018. 234 с.

21. Xu Yilun, Balint D. S., Dini D. On the origin of plastic deformation and surface evolution in nano-fretting: a discrete dislocation plasticity analysis // Materials. 2021. Vol. 14. Iss. 21. Р. 6511. https://doi.org/10.3390/ma14216511.

22. Пат. № 2530600, Российская Федерация, C1, B24B 39/04. Ролик обкатной двухрадиусный / В. Ю. Блюменштейн, А. А. Кречетов, М. С. Махалов, О. А. Останин; заявитель и правообладатель Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева. № 2013135794/02. Заявл. 30.07.2013; опубл. 10.10.2014. Бюл. № 28 (II ч.). 7 с.