Tool profile stationarity while simulating surface plastic deformation by rolling as a process of flat periodically reproducible deformation

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 23 No. 2 2021 55 EQUIPMENT. INSTRUMENTS остаточных напряжений после поверхностного пластического деформирования зависят от тех - нологических режимов обработки и физико - ме - ханических свойств обрабатываемого материала [9–10]. Неправильно назначенные режимы об - работки приводят к тому , что увеличение харак - теристик сопротивления усталости и улучшение качества поверхности являются незначительны - ми и в ряде случаев могут приводить к ухудше - нию качества поверхности [11–13]. Задача определения свойств поверхностно - го слоя при поверхностном пластическом де - формировании осложняется тем , что итоговые значения свойств определяются не только режи - мами окончательной обработки , но и историей нагружения металла поверхностного слоя на предшествующих операциях обработки [14, 15]. Это явление получило название технологическо - го наследования . В настоящее время имеется большое количе - ство работ , позволяющих прогнозировать резуль - тат обработки путем моделирования процесса поверхностного пластического деформирова - ния , при этом в качестве исходных данных для моделирования могут использоваться непосред - ственно режимы обработки или определяемые параметры процесса ( например , контактное дав - ление ) [16–19]. Одним из перспективных подходов к про - ектированию упрочняющих технологических процессов обкатыванием с учетом истории на - гружения является механика технологического наследования [20]. В соответствии с основными положениями механики технологического на - следования главными параметрами состояния поверхностного слоя являются степень дефор - мации сдвига  , характеризующая упрочнение поверхностного слоя , степень исчерпания запа - са пластичности  , характеризующая накоплен - ную поврежденность металла поверхностного слоя , и тензор остаточных напряжений . Расчет значений напряжений и деформаций , необходимых для расчета значений накоплен - ной степени деформации сдвига и степени ис - черпания запаса пластичности , возможен путем конечно - элементного моделирования объемного напряженно - деформированного состояния при контактном взаимодействии ролика и детали . Однако нелинейный характер этой задачи , не - обходимость использования элементов малого размера , что обусловливает их большое коли - чество , приводят к существенному увеличению трудоемкости создания модели и времени расче - та . Поэтому важным является возможность ко - нечно - элементного моделирования контактного взаимодействия ролика и обрабатываемой дета - ли в плоской постановке . В работе [21] показано , что деформации в тангенциальном сечении обрабатываемой дета - ли ( в плоскости , перпендикулярной оси образца ) малы по сравнению с деформациями в осевом се - чении ( в плоскости , на которой лежит ось дета - ли ). Это обусловливает возможность проведения расчета напряженно - деформированного состоя - ния при обкатывании в плоскодеформированной постановке , рассматривая его как процесс пло - ской дробной деформации . При этом смещение материальных частиц , возникновение и измене - ние напряжений и деформаций рассматривается в плоскости деформации ( осевом сечении дета - ли ) при ее вращении относительно оси детали в процессе обработки . Профиль ролика в каждый момент определя - ется как линия пересечения поверхности ролика и плоскости деформации . Очевидно , что при из - менении угла поворота плоскости деформации профиль ролика будет изменяться . В связи с этим важным вопросом , опреде - ляющим возможность моделирования процесса обкатывания в плоской постановке с использо - ванием модели ролика постоянного профиля , является оценка величины изменения профиля ролика при повороте плоскости деформации . Цель работы : оценка величины изменения профиля ролика в плоскости деформации в про - цессе обкатывания при ее повороте . Задачи работы : аналитическое описание профиля инструмента в плоскости деформации в зависимости от угла поворота плоскости де - формации ; определение координат точек линий профиля инструмента при повороте плоскости деформации ; определение относительного изме - нения координат точек профиля ролика при по - вороте плоскости деформации . Методика исследований В процессе обкатывания в зоне контакта ин - струмента с деталью возникает очаг деформа - ции – локальная область пластической деформа -