Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 110 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФЦП Известно, что остаточные напряжения (ОН) яв- ляются одним из ключевых параметров качества поверхностного слоя (ПС) ответственных деталей машин при различных видах знакопеременных экс- плуатационных нагрузок. При этом важную роль играет как величина, так и характер распределения сжимающих ОН по глубине ПС. Широкими возможностями по созданию в ПС благоприятных сжимающих ОН, близких по величи- не к пределу текучести металла, обладают способы упрочняющей обработки поверхностным пласти- ческим деформированием (ППД). К ним относятся, в частности, традиционное ППД роликом и являю- щийся его развитием способ размерного совмещен- ного обкатывания (РСО) [1–3]. К настоящему времени известно и используется значительное число методик экспериментального определения остаточных напряжений, большая часть из которых основана на послойном удалении поверх- ностного слоя металла детали и измерении остаточ- ных деформаций с последующим расчетом величи- ны ОН. При этом большинство методик трудоемки и не позволяют оперативно определять распределение ОН по глубине упрочненного ПС деталей машин. Учитывая сказанное, перспективным направле- нием представляется разработка расчетного аппа- ––––––––––––––– * Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009– 2013 годы, соглашение № 14.В37.21.0253. УДК 621.787: 621.9 РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПОСЛЕ УПРОЧНЕНИЯ СПОСОБАМИ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ* М.С. МАХАЛОВ, канд. техн. наук ( КузГТУ, г. Кемерово ) Статья поступила 3 сентября 2012 года Махалов М.С. – 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28, Кузбасский государственный технический университет, е-mail: maxim_ste@mail.ru Представлены расчетные модели прогнозирования распределения тензора остаточных напряжений (ОН) по глубине поверхностного слоя (ПС) после упрочняющей обработки способами поверхностного пластического деформирования (ППД) и размерного совмещенного обкатывания (РСО), полученные моделированием методом конечных элементов (МКЭ). Выявлены взаимосвязи компонентов тензора ОН по глубине ПС с основными технологическими параметрами упрочняющей обработки ППД и РСО. Выполнен сравнительный анализ распределения компонентов тензора ОН после упрочняющей обработки представленными способами. Ключевые слова: остаточные напряжения, поверхностный слой, упрочняющая обработка, поверхностное пласти- ческое деформирование, размерное совмещенное обкатывание. рата, позволяющего прогнозировать формирование ОН после упрочняющей обработки без проведения трудоемких экспериментальных исследований. В на- стоящей работе рассмотрены модели, отражающие точку зрения автора на решение этой проблемы. Для разработки расчетного аппарата в работах [2, 3] было проведено моделирование напряженно- деформированного состояния (НДС) очага дефор- мации (ОД) методом конечных элементов (МКЭ) и выполнены расчеты ОН упрочненного ПС детали после обработки ППД и РСО. Результаты модели- рования ОН после обработки ППД представлены в работе [2], а ОН после упрочняющей обработки РСО – в работе [3]. Согласно теореме о разгрузке тензор остаточных напряжений представляет собой разность напряже- ний, возникающих в реальном упругопластическом теле при приложении нагрузки [ T σ деф ], и напряже- ний, которые возникали бы в идеально упругом теле при идентичном нагружении [ T σ раз ], суммированную с напряжениями упругой разгрузки при раскрепле- нии детали [ T σ раскр.дет ] и упругими тепловыми напря- жениями разгрузки [ T σ t ° ] [4]: 0 ост РСО деф РСО раз РСО раскр.дет РСО РСО [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] . t T T T T T σ = σ − σ + + σ + σ (1)