Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 2 2019 114 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Особенностью данного решения является определение касательного компонента  xy , рас- пределение которого имеет сложный характер при сравнительно небольшой величине напря- жений на поверхности и на некоторой глубине поверхностного слоя. Качественная картина распределения по глу- бине и численные значения соответствуют ре- зультатам многих отечественных и зарубежных исследователей. Так, по результатам исследова- ний В.М. Смелянского и его учеников, для мо- делируемой в данной работе стали 45 величи- на осевых ОН при ППД достигает –800 МПа, а окружных – до –400 МПа [9]. Автор работы [24] отмечает возможность расположения экстрему- ма напряжений как на поверхности детали, так и на некотором удалении от нее. По данным [9], радиальные ОН после ППД близки к нулю, что, по мнению автора работы, не является существенным недостатком в силу незначительного влияния этого компонента на циклическую долговечность детали. Для выявления взаимосвязей остаточных напряжений с режимами обработки ППД была построена и решена серия КЭ-моделей в соот- ветствии с планом, приведенным в табл. 1. При этом варьировались ключевые параметры ре- жима, в наибольшей степени влияющие на про- текание процессов пластической деформации в поверхностном слое. Значения остальных пара- метров режима обработки при моделировании составили: – частота вращения детали n = 300 об/мин (время одного оборота детали 0,2 с); – подача S = 0,1 мм/об; – угол деформации в окружном направле- нии 10  (принят по данным работы [10]); – с учетом времени одного оборота детали и принятого угла деформации время одного цикла нагрузки-разгрузки поверхностного слоя соста- вило 0, 2 10 360 ñ    = 0,0055 с. Для того чтобы показать влияние упрочнения металла на формирование ОН, для модели № 5 также выполнялось моделирование процесса без учета эффекта упрочнения тела (ЭУТ). В представленной постановке моделиро- вания учет ЭУТ реализован как за счет схемы многократного взаимодействия индентора с об- рабатываемой поверхностью, так и посредством использования аппроксимирующей функции кривой течения, учитывающей упрочнение че- рез величину тангенциального модуля. Для это- го значение последнего ( Т мод = 2,596 · 10 9 Па) вы- биралось с целью максимального приближения аппроксимирующей функции к форме реальной кривой течения стали 45. Теоретически для исключения ЭУТ необхо- димо принять Т мод = 0 Па, однако для сохра- нения взаимосвязи напряжений и деформаций на участке пластического течения, значение данного параметра было уменьшено на три по- рядка ( Т мод = 2,596 · 10 6 Па), что снижает ре- альный эффект упрочнения при моделирова- нии в 1000 раз. Рассмотрим распределение ОН по глубине упрочненного ПС, полученные как с учетом, так и без учета эффекта упрочняемого тела (табл. 2). На рис. 1 представлены распределения осевого компонента. Модель с учетом ЭУТ обнаруживает боль- шие по величине сжимающие напряжения. Раз- ница максимальных значений сжимающих ОН в модели без учета упрочнения относительно модели с учетом ЭУТ составляет почти 30 %. Полученный результат соответствует представ- лениям о том, что упрочненный металл, имею- щий повышенный предел текучести, допускает присутствие больших по величине остаточных напряжений. Радиальный компонент ОН в модели, учиты- вающей ЭУТ, также характеризуется большими в два раза значениями как сжимающих, так и растягивающих напряжений. Окружной (тангенциальный) компонент в обеих моделях имеет преимущественно сжи- мающие значения, экстремум лежит на по- верхности детали. Как и для радиального ком- понента, модель с учетом упрочнения имеет в два раза большие значениями напряжений обоих знаков. Касательный в плоскости подачи компонент для обоих рассматриваемых случаев имеет схо- жий характер распределения, однако модель, учитывающая ЭУТ, имеет несколько больший итоговый размах значений.