ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.98.042
DOI: 10.18503/1995-2732-2022-20-4-120-128
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Одними из наиболее сложных элементов в конструкции самолета являются крупногабаритные обводообразующие панели и обшивки. Сложность изготовления объясняется специфической пространственной формой – сочетанием участков знакопеременной двойной кривизны в совокупности с большими габаритными размерами (длина таких деталей может достигать 30 м) и малой жесткостью. Эффективным подходом к получению формы двойной кривизны является использование методов поверхностного пластического деформирования – обработки дробью и методов локальной обработки – раскатки и посадки ребер. Большинство методик для определения режимных параметров процесса строятся на экспериментальных исследованиях кривизны и удлинения образцов в процессе обработки, а также на основе теории упругости в области исследования остаточных напряжений. Цель работы. Совершенствование методик расчета режимных параметров обработки металлов методами поверхностного пластического деформирования. Используемые методы. Конечно-элементное моделирование процесса поверхностного пластического деформирования на примере обработки дробью. Новизна. Использование концепции начальных напряжений, являющихся источником изгибной деформации и деформации удлинения для описания процесса обработки дробью. Результаты. Разработана методика определения распределений начального напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя элементарных участков деталей. Разработана методика интеграции начального напряженно-деформированного состояния в поверхностный слой натурных деталей с целью получения прогнозируемой кривизны деталей в требуемом направлении. Сопоставлены результаты моделирования с имеющимися результатами экспериментальных исследований по обработке образцов пластинок методом дробеударного формообразования. Практическая значимость. Использование подхода начальных напряжений для описания процесса обработки дробью обеспечивает возможность расчета режимных параметров процесса, отказавшись от большого числа экспериментальных исследований. С применением методов компьютерного моделирования решен комплекс задач, направленных на повышение эффективности производства обводообразующих деталей сложной формы и их качества за счёт раскрытия закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния при обработке деталей.
Ключевые слова
поверхностное пластическое деформирование, обработка металлов давлением, остаточные напряжения, начальные напряжения, напряженно-деформированное состояние
Для цитирования
Пашков А.Е., Пашков А.А., Самойленко О.В. Исследование начальных напряжений процесса обработки дробью // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2022. Т. 20. №4. С. 120-128. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2022-20-4-120-128
1. Makaruk A.A., Pashkov A.A., Samoylenko O.V. In-creasing the shape accuracy of the hardened parts of the frame by technological methods // Materials Sci-ence and Engineering: IOP Conference Series. 2019: Vol. 632. DOI: 10.1088/1757-899X/632/1/012100.
2. Pashkov A.E., Malashchenko A.Y., Pashkov A.A. On Creating Digital Technologies for the Production of Large Aircraft Frame and Skin Parts // Russian Metal-lurgy (Metally). 2021. Vol. 2021. No 13. P. 1777-1785. DOI: 10.1134/S003602952113022X.
3. Pashkov A.E., Malashchenko A.Y., Pashkov A.A., Bogdanov K.V., Kryuchkin A.V. Development of digi-tal manufacturing technologies for frame and casing parts // Materials Science and Engineering: IOP Con-ference Series. 2019. Vol. 632. DOI: 10.1088/1757-899X/632/1/012104.
4. Pashkov A.E., Malashchenko A.Y., Pashkov A.A., Duk A.A. The upgrade of peen forming equipment for long-sized aircraft parts // Materials Science and En-gineering: IOP Conference Series. 2021. Vol. 1061. DOI: 10.1088/1757-899X/1061/1/012029.
5. Koltsov V.P., Vinh Le Tri, Starodubtseva D.A. Deter-minationof the allowance for grinding with flap wheels after shot peen forming // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2019. Vol. 632. https://doi.org/10.1088/1757-899X/632/1/012096.
6. Беляков В.И. Штамповка на специальном обору-довании. М.: Машгиз, 1983. 79 с.
7. Охрименко Я.М. Основы технологии горячей штамповки. М.: Машгиз, 1975. 285 с.
8. Макарук А.А., Минаев Н.В. Технология формообразования и правки маложестких деталей методами местного пластического деформирования // Материалы Всерос. науч.-практ. семинара с междунар. участием. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. С. 117-121.
9. Макарук А.А., Минаев Н.В. Технология формооб-разования и правки маложестких деталей раскат-кой роликами // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15. №6. С. 404-408.
10. Кравченко Г.Н. Обоснование эффективности вос-становления усталостной долговечности поверх-ностно-упрочненных авиационных деталей по-вторным упрочнением дробью // Вестник маши-ностроения. 2019. №12. С. 69-75.
11. Биргер И.А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. 232 с.
12. Исаев А.И., Овсеенко А.Н. Выбор оптимальной толщины образца при определении остаточных напряжений в поверхностном слое // Вестник ма-шиностроения. 1967. № 8. С. 74-76.
13. К определению внутренних силовых факторов процесса дробеударного формообразования / Пашков А.Е., Чапышев А.П., Пашков А.А., Вику-лова С.В., Андряшина Ю.С. // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. №12. С. 43-54. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-12-43-55.
14. Ramati S., Levasseur G., Kennerknecht S. Single piece wing skin utilization via advanced peen forming tech-nology // 7-th Int. Conf. on Shot Peening. Warsaw, Poland, 28-30 Sept. 2000. P. 1-18. С. 1528-1535.
15. Дияк А.Ю. Определение степени покрытия авто-матизированным методом // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. №12. С. 19-25.
16. Koltsov V.P., Vinh Le Tri, Starodubtseva D.A. Surface roughness formation during shot peen forming // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2018. Vol. 327. Iss. 4. https://doi.org/10.1088/1757-899X/327/4/042125.
17. Макарук А.А., Минаев Н.В. Повышение эффектив-ности формообразования и правки маложестких подкрепленных ребрами деталей раскаткой роли-ками // Вестник Иркутского государственного тех-нического университета. 2015. №12(107). С. 63-70.
18. Murugaratnam K., Utili S., Petrinic N. A combined DEM-FEM numerical method for Shot Peening pa-rameter optimization // Advances in Engineering Soft-ware. 2015. Vol. 79. P. 13-26. https://doi.org/10.1016/ j.advengsoft.2014.09.001.
19. Miao H.Y., Larose S., Perron C., Evesque M. On the potential applications of a 3D random finite element model for the simulation of shot peening // Advances in Engineering Software. 2009. Vol. 40. No. 10. P. 1023-1038. https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2009.03.013.
20. Chen Zhuo, Yang Fan, Meguid S.A. Realistic finite element simulations of arc-height development in shotpeened Almen strips // Journal of Engineering Materials and Technology. 2014. Vol. 136. No. 4. https://doi.org/10.1115/1.4028006.
21. Tu Fubin, Delbergue D., Miao Hongyan, Klotz T., Brochu M., Bocher P, et al. A sequential DEM-FEM coupling method for shot peening simulation // Surface and Coatings Technology. 2017. Vol. 319. P. 200-212. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.03.035.