ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.787.4
DOI: 10.18503/1995-2732-2023-21-3-51-61
Аннотация
В статье представлены результаты экспериментальных исследований по определению влияния основных технологических параметров реверсивного поверхностного пластического деформирования (ППД) на величину сжимающих остаточных напряжений на поверхности деталей. Для реализации предлагаемого способа отделочно-упрочняющей обработки разработано устройство, обеспечивающее реверсивное круговое движение рабочего инструмента. С использованием эффекта шумов Баркгаузена определена величина сжимающих остаточных напряжений на поверхности детали. Экспериментальные исследования показали, что величина сжимающих остаточных напряжений при реверсивном ППД изменяется в пределах от 210 до 345 МПа и зависит от основных технологических параметров процесса. Среди основных технологических параметров реверсивного ППД величина радиального натяга и реверсивная частота вращения рабочего инструмента оказывают наибольшее влияние на величину сжимающих остаточных напряжений. Увеличение радиального натяга, реверсивной частоты вращения рабочего инструмента и снижение величины продольной подачи приводят к весьма существенному росту сжимающих остаточных напряжений на поверхности детали (σост ~ 342-345 МПа). Установлено, что разница между экспериментальными и расчетными результатами не превышает 20%. По результатам экспериментальных исследований с помощью компьютерной программы Microsoft Visual Studio 2012 с языком программирования Python были определены оптимальные режимы упрочнения, обеспечивающие получение максимальных сжимающих остаточных напряжений на поверхности детали: продольная подача – 0,07-0,10 мм/об; частота вращения заготовки – 280-300 об/мин; величина радиального натяга – 0,25-0,28 мм; реверсивная частота вращения рабочего инструмента – 250-300 дв. ход/мин; начальный угол установки рабочего инструмента – 90° и величина угла реверсивного вращения рабочего инструмента ±55-±60°.
Ключевые слова
реверсивное поверхностное пластическое деформирование, сжимающие остаточные напряжения, двухрадиусный ролик, реверсивная частота вращения, шумы Баркгаузена
Для цитирования
Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Определение остаточных напряжений с использованием шумов Баркгаузена при реверсивном поверхностном пластическом деформировании // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2023. Т. 21. №3. С. 51-61. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2023-21-3-51-61
1. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.
2. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. 300 с.
3. Поверхностное пластическое деформирование как метод повышения качества деталей машин / Бутаков Б.И., Шебанин В.С., Марченко Д.Д., Артюх А.В. // Труды ГОСНИТИ. 2011. Т. 107. №2. С. 85-87.
4. Блюменштейн В.Ю., Махалов М.С. Влияние режимов на формирование остаточных напряжений в поверхностном слое при размерном совмещенном обкатывании // Обработка металлов. 2008. №2(39). С. 15-22.
5. Просвиркина Е.А., Саушкин М.Н. Исследование полей остаточных напряжений и пластических деформаций при поверхностном упрочнении цилиндрического образца с учетом организации процесса ППД // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математи¬ческие науки. 2004. № 26. С. 194-195.
6. Справочник по процессам поверхностного пластического деформирования: монография / под ред. С.А. Зайдеса. Т. 2. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2022. 584 с.
7. Нгуен Тхань Ван, Нгуен Ван Хинь, Нгуен Хыу Хай. Влияние параметров тороидального ролика на геометрические характеристики отпечатков и давление в зоне контакта при реверсивном поверхностном пластическом деформировании // Современные материалы, техника и технологии. 2022. № 6(45). С. 99-103.
8. Нго Као Кыонг. Интенсификация напряженного состояния в очаге деформации при поверхностном пластическом деформировании цилиндрических деталей // Материалы XI Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Иркутск: Изд-во Иркутского национального исследовательского технического университета, 2021. С. 16-26.
9. Зайдес С.А. Новые способы поверхностного пластического деформирования при изготовлении деталей машин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Но¬сова. 2018. Т. 16. №3. С. 129-139.
10. Нго Као Кыонг. Исследование внеконтактных деформаций при локальном нагружении // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2015. Т. 1. №3. С. 6-13.
11. Пат. 2758713 Российская Федерация, МПК B24B39/04. Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения / Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай; заявка № 2021100553; заявл. 14.01.2021; опубл. 01.11.2021. Бюл. № 31.
12. Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Влияние параметров реверсивного поверхностного пластического деформирования на шероховатость упрочненных деталей // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2023. Т. 19. №1. С. 120-130.
13. Абрамов А.Н., Боткин А.В., Балышева Э.Г. Влияние физико-химических свойств смазочного материала на шероховатость поверхности деформируемой заготовки при волочении // Заготовительные производства в машиностроении. 2018. Т. 16. №7. С. 313-316.
14. Никитина Е.Н. Преимущества метода акустоупругости для неразрушающего контроля механических напряжений в деталях машин // Вестник научно-технического развития. 2010. №4(32). С. 18-28.
15. Иляхинский А.В., Родюшкин В.М., Никитина Е.А. Об оценке действующих напряжений акустическим методом при пластическом деформировании стали // Транспортные системы. 2018. №1(17). С. 52-56.
16. Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Влияние начальной ориентации рабочего инструмента на напряженно-деформированное состояние при реверсивном поверхностном пластическом деформировании // Технология металлов. 2022. №12. С. 11-20.
17. Attila Kossa, László Szabó. Numerical implementation of a novel accurate stress integration scheme of the von Mises elastoplasticity model with combined linear hardening // Finite Elements in Analysis and Design. 2010, vol. 46, pp. 391-400. https://doi.org/ 10.1016/ j.finel.2009.12.006
18. Strouboulisa T., Babuŝkab I., Dattaa D.K., Coppsa K., Gangaraja S.K. A posteriori estimation and adaptive control of the error in the quantity of interest. Part I: A posteriori estimation of the error in the von Mises stress and the stress intensity factor // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2000, vol. 181, pp. 261-294. https://doi.org/10.1016/ S0045-7825(99)00077-8
19. Francesco Farina, Andrea Camisa, Andrea Testa, Ivano Notarnicola, Giuseppe Notarstefano. DISROPT: a Python Framework for Distributed Optimization // IFAC-PapersOnLine. 2020, vol. 53, pp. 2666-2671. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2020. 12.382
20. Antonio Benítez-Hidalgo, Antonio J. Nebro, José García-Nieto, Izaskun Oregi, Javier Del Ser. jMetalPy: A Python framework for multi-objective optimization with metaheuristics // Swarm and Evolutionary Computation. 2019, vol. 51, pp. 100598.