ИЗГИБНАЯ ЖЕСТКОСТЬ СТАЛЬНЫХ ПРУТКОВ

Калиброванный металл является эффективной заготовкой для изготовления деталей на станках-автоматах и автоматических линиях, а также для изготовления гладких длинномерных валов и осей. Такие детали являются не технологичными, так как при механической обработке и эксплуатации они изменяют форму в виду искривления. Деформация происходит при действии центробежных сил даже от собственного веса деталей. Новые конструкционные материалы позволяют создавать достаточно прочные детали с уменьшенным поперечным сечением, но изгибная жесткость таких деталей существенно снижается. Повысить изгибную жесткость реальных деталей весьма сложно. На практике используют обычно конструктивные решения, которые связаны с материальными затратами. В работе рассмотрена возможность повышения изгибной жесткости цилиндрических калиброванных прутков за счет формирования технологических остаточных напряжений. Проблема их использования заключается в том, что остаточные напряжения всегда существуют двух видов  – растягивающие и сжимающие. Если внешние напряжения растяжения повышают жесткость деталей, то напряжения сжатия снижают ее. Поэтому задачей работы являлось нахождение такого характера распределения остаточных напряжений, который бы обеспечивал повышение изгибной жесткости деталей, изготовленных из калиброванного металла. При моделировании остаточных напряжений приняли геометрическую модель прутка, состоящую из тонкостенных трубок толщиной 0,2 мм. Каждая трубка нагружалась растягивающим или сжимающим напряжением, которое соответствовало значению экспериментального определения. При моделировании и расчете использовали две схемы нагружения, при которых в поверхностных слоях формируются либо остаточные напряжения сжатия, либо растяжения. Экспериментально-расчетными методами установлено влияние основных параметров калибровки на изгибную жесткость металла. Выявлена возможность повышения изгибной жесткости калиброванных прутков почти в два раза при обжатиях от 5 до 34 %. На 20 % можно повысить жесткость при увеличении длины калибрующей зоны инструмента. Влияние угла рабочего конуса волоки незначительно (около 10  %), причем для повышения жесткости рабочий угол инструмента нужно уменьшать. 

1. Алфутов Н.А. Основы расчета на устойчивость упругих систем. – М.: Машиностроение, 1978. – 312 с.

2. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. – М.: Машиностроение, 1978. – 184 с.

3. Герасимов В.Я. Определение однородного упрочнения калиброванного металла осадкой высоких цилиндров // Изв. вуз. Черная металлургия. 1981. № 6. С. 154.

4. Герасимов В.Я., Копырин В.И. Изменение жесткости холодно-тянутой стали при изгибе образцов // Сталь. № 8. 1998. С. 47, 48.

5. Зайдес С.А. Охватывающее поверхностное пластическое деформирование. Иркутск: Изд.-во ИрГТУ, 2001. – 309 с.

6. Зайдес С.А., Нгуен Х.В. Влияние охватывающего поверхностного пластического деформирования на изгибную жесткость валов // Вестник машиностроения. 2016. № 9. С. 66 – 69.

7. Лурье А.И. Теория упругости. – М.: Наука. 1970. – 256 c.

8. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методичес-кое пособие. – М.: Машиностроение, 1998. – 560 c.

9. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. – Киев: Наукова думка. 1988. – 736 с.

10. Чувильдеев В.Н., Вирясова Н.Н. Деформация и разрушение конструкционных материалов: проблемы старения и ресурса. Учебное пособие / Под общей ред. В.Н. Чувильдеева. – Нижний Новгород: Изд-во ННГУ, 2010. – 67 с.

11. Dimarogonas A.D. Dynamic instability of shafts during machining // Journal of Sound and Vibration. 1986. Vol. 108. No. 2. P. 181 – 189.

12. Kloos K.H. Eigenspannungen, Definition und Entstehungsursachen. Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 1979. Vol. 10. Issue 9. P. 293 – 302.

13. Kramer I.R., Bonis L.J., Bruyn P.L., Duga J.J. Effect of Surfaces on Mechanical Behavior of Metals // Fundamental Phenomena in the Materials Sciences Springer US. 1995. P. 171 – 193.

14. Latanision R.M., Sedriks A.J., Westwood A. Surface-Sensitive Mechanical Behavior of Metals // Struct. and properties metals surfaces. 1973. P. 500 – 538.

15. Norstrem L.A., Iachasson D. Surface yield strength and flow stress in high-strength martencitic steel // Scfnd. J. Mat. 1983. Vol. 12. No. 8. P. 37 – 39.

16. Franco Rustichelli, Jacek J. Skrzypek. Innovative technological mate rials. Structural properties by neutron scattering, Synchrotron radiation and modeling. – London-New York: Springer, 2010. – 280 p.

17. Totten G., Howes M., Inoue T. Handbook of Residual Stress and Deformation of Steel. USA: ASM International, Materials Park, Ohio, 2002. – 500 p.

18. Viktor Hauk. Structural and residual stress analysis by nondestructive methods: evaluation, application, assessment. Amsterdam: Elsevier Science B.V. 1997. – 640 p.

19. Zaides S.A., Nguyen V.H. Improving the flexural rigidity of cold-finished steel // Steel in Translation. 2016. No. 46 (7). Р. 505 – 509.

20. Zaides S.A., Nguyen V.H. Influence of Surface Plastic Deformation on the Flexural Rigidity of Shafts // Russian Engineering Research. 2016. Vol. 36. No. 12. Р. 1008 – 1011.