Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 2 2019 110 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Механика процесса ППД Остаточные напряжения в упрочняемом упругопластическом теле Максим Махалов a, * , Валерий Блюменштейн b Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачёва, ул. Весенняя, 28, г. Кемерово, 650000, Россия a https://orcid.org/0000-0002-3266-9724, maxim_ste@mail.ru, b http://orcid.org/0000-0002-3711-1535 , blumenstein@rambler.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2019 Том 21 № 2 с. 110–123 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-110-123 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Величина и характер распределения оста- точных напряжений (ОН) первого рода по се- чению деталей – один из ключевых параметров механического состояния металла, в значитель- ной степени определяющих эксплуатационную ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.787.4 История статьи : Поступила: 26 ноября 2018 Рецензирование: 27 марта 2019 Принята к печати: 11 апреля 2019 Доступно онлайн: 15 июня 2019 Ключевые слова : Остаточные напряжения Механическое состояние металла Технологическое наследование Поверхностный слой Упрочняющая обработка Поверхностное пластическое деформирование Напряженно-деформированное состояние металла Благодарности: Авторы выражают признательность А.А. Худойназарову, принявшему участие в проведении исследований. АННОТАЦИЯ Введение. Остаточные напряжения (ОН) первого рода являются одним из ключевых параметров механического состояния металла, который в значительной степени определяет эксплуатационную долговечность изделий и конструкций. Упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием (ППД) создает в поверхностном слое (ПС) благоприятные сжимающие ОН и существенно повышает усталостную долговечность как до, так и после появления усталостной трещины. В этой области знаний остается актуальной проблема высокой сложности и трудоемкости экспериментального определения ОН, а также проблема расчета остаточных напряжений при сложных немонотонных видах нагружения, к которым относится большинство способов механической обработки. Цель работы: развитие теории формирования и повышение достоверности расчетов остаточных напряжений при обработке ППД на основе модели упрочняемого упругопластического тела. Результаты и обсуждение. В работе представлены результатымоделированияивыполненырасчетыкомпонентовтензораОНвпроцессеППД.Модельвыполнена с помощью метода конечных элементов на основе концептуального аппарата механики технологического наследования (ТН) с учетом эффекта упрочняемого тела. Установлено, что наибольшие значения сжимающих остаточных напряжений характерны для осевого компонента, при этом экстремум может располагаться как на поверхности детали, так и на некотором удалении от нее. Глубина распространения сжимающих остаточных напряжений составляет примерно 3 мм при глубине распространения существенных по величине напряжений около 7 мм. Выявлено влияние упрочнения металла на распределение остаточных напряжений. На примере осевого (наибольшего по величине) компонента показано, что разница максимальных значений составляет почти 30 %. Полученный результат соответствует представлениям о том, что упрочненный металл, имеющий повышенный предел текучести, допускает присутствие больших по величине ОН. Выявлены тенденции изменения распределения компонентов тензора ОН по глубине ПС в зависимости от основных параметров режима обработки ППД: натяга и профильного радиуса ролика. Для цитирования: Махалов М.С., Блюменштейн В.Ю. Механика процесса ППД. Остаточные напряжения в упрочняемом упругопластическом теле // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 2. – С. 110–123. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-110-123. ______ *Адрес для переписки Махалов Максим Сергеевич , к.т.н., доцент Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачёва, ул. Весенняя, 28, 650000, г. Кемерово, Россия Тел.: +7-903-907-45-02, e-mail: maxim_ste@mail.ru долговечность изделий [1–2]. По мнению ряда исследователей, при появлении на поверхно- сти детали начальной трещины или иного кон- центратора напряжений роль сжимающих ОН поверхностного слоя (ПС) в усталостной дол- говечности детали напряжений становится опре- деляющей и может дать увеличение долговечно- сти в несколько раз. Основной причиной возникновения ОН пер- вого рода является неравномерная по сечению детали пластическая деформация тепловой или механической природы.