ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.787.4
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-3-87-96
Аннотация
Актуальность работы. Цилиндрические маложесткие изделия имеют широкое применение в машиностроении в качестве заготовок для изготовления деталей типа валов, осей, штоков, штанг и др. Упрочнение деталей является одним из ключевых методов повышения эксплуатационной надежности и долговечности таких типов детали. Применение метода упрочнения поверхностного пластического деформирования позволяет формировать благоприятное напряженно-деформированное состояние в поверхностном слое деталей. В Иркут-ском НИТУ разработаны способы правки и упрочнения нежестких деталей, основанные на поперечной обкатке гладкими плитами. Отличие этих способов заключается в геометрической форме рабочего инструмента. Неправильный выбор геометрических параметров инструмента может привести к неравномерному упрочнению, локальным концентрациям напряжений и, как следствие, к образованию трещин, остаточных деформаций или снижению эффективности процесса. Цель работы. По результатам анализа напряженно-деформированного состояния в зоне деформации и остаточных напряжений в упрочненных деталях выбрать и обосновать величину угла клинового участка плоских плит, который обеспечивает необходимое качество упрочненного слоя. Используемый метод. С помощью программного обеспечения для 3D-проектирования (Solid work 2019) и вычислительного моделирования (Ansys workbench 19.2) построена модель процесса упрочнения цилиндрической детали плоскими инструментами для расчета и оценки напряженно-деформированное состояния заготовки в зоне деформации и остаточных напряжений в готовых деталях. Результаты исследования. На основе анализа результатов конечно-элементного моделирования установлено рациональное значение угла клинового участка плоских плит, равное 45°. При таком значении угла максимальное временное напряжение в процессе упрочнения достигает величину меньше, чем предел прочности материала, что обеспечивает упрочнение без возникновения на поверхности заготовки трещин, а также равномерное распределение остаточных напряжений на поверхности. Практическая значимость. Предложенные результаты исследования имеют важное практическое значение для повышения качества упрочняемых деталей. Установленное рациональное значение угла клинового участка плоских плит (45°) позволяет минимизировать риск образования повреждений и остаточных деформаций цилиндрических деталей при их упрочнении. Это способствует улучшению эксплуатационных характеристик нежестких деталей, обеспечивая их повышенную долговечность и надежность в процессе эксплуатации.
Ключевые слова
упрочнение, поверхностный слой, клиновые плиты, прямоугольные плиты, напряженно-деформированное состояние, предел текучести, глубина пластической деформации
Для цитирования
Зайдес С.А., Буй М.З. Выбор и обоснование величины угла клинового участка плоских плит при поверх-ностном пластическом деформировании // Вестник Магнитогорского государственного технического универси-тета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №3. С. 87-96. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-3-87-96
1. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений / А.Г. Суслов [и др.]. М.: Машиностроение, 2006. 448 с.
2. Зайдес С.А., Ву К.Х. Влияние пространственной ориентации тороидального ролика на напряженно-деформированное состояние цилиндрической заготовки // Упрочняющие технологии и покрытия. 2024. Т. 20, № 11(239). С. 489-495.
3. Rahman Seifi, Kaveh Abbasi. Friction coefficient estimation in shaft/bush interference using finite element model updating // Engineering Failure Analysis. 2015, vol. 57, pp. 310-322.
4. Зайдес C.А., Буй М.З., Пономарев Б.Б. Правка локального участка цилиндрических деталей перед обкаткой гладкими плитами // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22, № 3. С. 71-80.
5. Effect of the Tool Path on Hardness Uniformity in an Annular Zone of X20Cr13 Steel Surface-Hardened by Friction Stir Processing / Kuznetsov V.P., Skorobogatov A.S., Kolubaev E.A. et al. // Phys Mesomech 26. 2023. рр. 593–607.
6. Symonova A., Drahobetskyi V., Kulynych V. (). Enhancing Service Life and Durability of Machine Parts Through Surface Plastic Deformation // Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII. DSMIE 2024. Lecture Notes in Mechanical Engineering / Ivanov, V., Trojanowska, J., Pavlenko, I., Rauch, E., Piteľ, J. (eds) Springer, Cham. 2024. https://doi.org/10.1007/978-3-031-61797-3_29
7. Богатов А.А. Остаточные напряжения и разрушение металла // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2007. №10. С. 27-34.
8. Емельянов В.Н. Прецизионная правка валов поверхностным пластическим деформированием / В.Н. Емельянов // Машиностроитель. 2001. №1. С. 9-10.
9. Блюменштейн В.Ю., Махалов М.С. Расчетная модель остаточных напряжений упрочненного поверхностного слоя при размерном совмещенном обкатывании // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2008. № 5(69). С. 50-58.
10. Патент № 2827624 C1 Российская Федерация, МПК B21D 3/00, B24B 39/04. Способ правки и упрочнения цилиндрических деталей: № 2024106758: заявл. 15.03.2024: опубл. 30.09.2024 / С. А. Зайдес, М. З. Буй.
11. Патент № 2600302 C1 Российская Федерация, МПК B21H 1/18. Устройство для обкатывания цилиндрических изделий плоскими инструментами: № 2015114157/02:заявл.16.04.2015: опубл. 20.10.2016 / С. А. Зайдес, Д. Ф. Фам.
12. Матяш В. И. Математическое моделирование формообразования деталей класса нежестких валов / В.В. Максимов, А.В. Анкин, В.И. Матяш // Вестник машиностроения. 1997. №3. С. 27-30.
13. Modeling of Vibrational-Centrifugal Strengthening for Functional Surfaces of Machine Parts / Stupnytskyy, V., Kusyi, Y., Dragašius, E., Baskutis, S., Chatys, R. // Advanced Manufacturing Processes V. InterPartner 2023. Lecture Notes in Mechanical Engineering / Tonkonogyi, V., Ivanov, V., Trojanowska, J., Oborskyi, G., Pavlenko, I. (eds) Springer, Cham. 2024. https://doi.org/10.1007/978-3-031-42778-7_21
14. Yuncai Zhaoa, Delang Guob, Fangping Hu. Finite element simulation of web falling during heavy rail roller straightening. Procedia Earth and Planetary Science. 2011, vol. 2, рр. 44–49.
15. Study on Large Plastic Deformation Mechanism of AlCoCrFeNi2.1 Eutectic High-Entropy Alloys Prepared by Laser Additive Manufacturing / Zhang, X., Cui, Y., Cai, Y. et al. // J. of Materi Eng and Perform. 2024. https://doi.org/10.1007/s11665-024-10438-1
16. Experimental study on the static rolling friction coefficient of a flat-roller-flat configuration considering surface roughness / Jichao Li, Yi Zhang, Qingxue Shang, Tao Wang // Structures. 2024, vol. 65, 106711.
17. Zaides S.A., Fong D. Fam Roughness of Cylindrical Parts in Transverse Burnishing by Flat Plates // Russian Engineering Research. 2018, vol. 38, no. 12, pp. 921-925. DOI: 10.3103/S1068798X18120420.