Obrabotka Metallov 2009 No. 4

УДК 621.787: 621.91 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ИХ ВЛИЯНИЯ НА УСТАЛОСТНУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ УПРОЧНЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН М.С. МАХАЛОВ , канд. техн. наук, КузГТУ, г. Кемерово Приводятся результаты исследований остаточных напряжений и эксплуатационных испытаний упрочненных дета- лей машин в условиях циклического усталостного нагружения. Results of studies of residual neapryazheny and field testing hardened machine parts under cyclic fatigue loading. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ, КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ, УПРОЧНЕ- НИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН. Известно, что остаточные напряжения (ОН) яв- ляются одним из ключевых параметров качества поверхностного слоя (ПС) ответственных деталей машин при различных видах циклических знако- переменных эксплуатационных нагрузок; при этом важную роль играет как величина, так и характер распределения сжимающих ОН по глубине ПС. Широкими возможностями по созданию в поверх- ностном слое значительных сжимающих ОН обла- дает способ размерного совмещенного обкатывания (РСО), особенностью которого является частичное или полное срезание волны деформированного ме- талла, возникающей перед роликами. К настоящему времени известно и используется значительное число методик определения остаточ- ных напряжений, большая часть которых основана на послойном удалении поверхностного слоя метал- ла детали и измерении остаточных деформаций с по- следующим расчетом величины ОН. Большинство известных методик имеет ряд недостатков, главными из которых являются трудоемкость, относительно невысокая точность и невозможность оперативного определения остаточных напряжений. В настоящей работе исследовано напряженно- деформированное состояние очага деформации мето- дом конечных элементов, выполнены расчеты остаточ- ных напряжений упрочненного поверхностного слоя детали после обработки РСО и разработан расчетный аппарат, позволяющий прогнозировать распределение ОН по глубине упрочненного ПС. Моделирование ОН осуществлялось методом ко- нечных элементов в плоско-деформированной по- становке. В упругопластическое тело в виде пласти- ны (обрабатываемая деталь) внедрялись абсолютно жесткие инструменты (рис. 1). Согласно теореме о разгрузке тензор остаточных напряжений представлен в виде разности напряже- ний, возникающих в реальном упругопластическом теле при приложении нагрузки [ T σ деф ] и напряжений упругой разгрузки [ T σ раз ], суммированной с тензора- ми напряжений упругой разгрузки при раскреплении детали [ T σ раскр.дет ] и упругих тепловых напряжений разгрузки [ T σ t 0 ]: (1) Определение остаточных напряжений осущест- влялось в несколько этапов, на каждом из которых обрабатываемая деталь моделировалась с различной совокупностью физико-механических свойств ма- териала. При этом тензор напряжений упругой раз- грузки при раскреплении детали был принят нуле- вым, поскольку выполнялся ряд условий, указанных А.Н. Овсеенко для обработки симметричных ци- линдрических деталей. При расчете тензора тепло- вых напряжений разгрузки было принято: тепловое расширение носит линейный изотропный характер, касательные напряжения не возникают, тепловые де- формации носят упругий характер. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (45) 2009 33 ТРУДЫ КОНФЕРЕНЦИИ