Правка маложестких цилиндрических деталей. Часть 1. Обоснование вида нагружения и режимов при поперечной правке цилиндрических деталей

Для правки маложестких цилиндрических деталей типа валов и осей рассмотрены различные виды нагрузок, которые формируют разные по величине и по характеру распределения напряжения. В качестве перспективного направления можно рассматривать правку изгибом при воздействии распределенной нагрузки с последующим упрочнением заготовки способом поверхностного пластического деформирования, основанном на поперечной обкатке заготовки плоскими плитами. Целью работы является определение напряженного состояния заготовки при поперечной правке для выбора более эффективного вида нагружения и рациональных режимов обработки. В  работе использован математический аппарат, основанный на законах теории упругопластического твердого тела и программный пакет Ansys Workbench. Новизной является определение эффективных методов нагружения при поперечной правке цилиндрических деталей. В результате аналитических расчетов получены величины остаточных напряжений, обеспечивающих выправление цилиндрических деталей. Остаточные напряжения, необходимые для выправления деталей, зависят от исходного прогиба, материала и размера заготовки. Напряженное состояние цилиндрических деталей определено в зависимости от вида приложения поперечных нагрузок. Напряжение изгиба для выправления вала при нагружении воздействием распределенной нагрузки меньше, чем напряжение от действия поперечной силы. Для выправления прутка диаметром 10 мм, длиной 200 мм и с исходным прогибом 0,5 мм нужно создать напряжение изгиба, равное примерно 370 МПа. Эффективным методом нагружения при поперечной правке цилиндрических деталей является изгиб при воздействии распределенной нагрузки. Получены предельные значения коэффициентов изгиба от 5,3 до 5,5 для всех случаев жесткости вала при правке поперечным изгибом и воздействии распределенной нагрузки с отношением l/L, равным 0,8. Разработанная математическая модель дает вполне достоверные значения остаточных напряжений, обеспечивающих выправление цилиндрических деталей. Аналитическая зависимость для расчетного определения величины общих прогибов и определения эффективного вида нагружения может быть рекомендована к  практическому использованию в производстве для достижения прецизионной точности маложестких изделий типа валов.

1. Бубнов А.С., Зайдес С.А. Особенности правки маложестких стержневых изделий // Сб. «Повышение эффективности технологической подготовки машиностроительного производства». – Иркутск: ИрГТУ, 2002. С. 149 – 152.

2. Sjogren С. Choosing the right wire straightener for specific applications // Euro Wire. November 2001.

3. Мураткин Г.В., Катова И.В. Математическая модель процесса правки деталей методом поверхностного пластического деформирования с предварительным изгибом заготовки // Обработка металлов давлением. 2004. № 6. С. 27 – 31.

4. Zaides S.A., Nguyen K.V. Influence of surface plastic deformation on the flexural rigidity of shafts // Russian Engineering Research. 2016. Vol. 36. No. 12. P. 1008 – 1011.

5. Shinkin V.N. Springback coefficient of the main pipelines’ steel large-diameter pipes under elastoplastic bending // CIS Iron and Steel Review. 2017. Vol. 14. Р. 28 – 33.

6. Baier W., Zusset A. Straightening technology and machine. – Germany. December, 2001.

7. Манило И.И., Тютрин С.Г., Городских А.А. и др. Повышение точности ориентации валов с дефектами поверхности при их правке на прессах // Сб. «Инновации и исследования в транспортном комплексе». – Курган: Курганстальмост, 2013. С. 86 – 87.

8. Avent R.R., Mukai D.J., Robinson P.F. Heat straightening rolled shapes // Journal of Structural Engineering. 2000. Vol. 126. No. 7. P. 755 – 763.

9. Witels A. The Straightening System: an Indispensable Process for the Production of Wire Materials. – Germany: Albert Witels, January. 2003.

10. Zaides S.A., Gorbunov A.V. Improvement of low-rigidity shafts by centrifugal rolling // Russian Engineering Research. 2016. Vol. 36. No. 3. P. 213 – 217.

11. Биргер И.А. Остаточные напряжения. – М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963. – 232 с.

12. Шинкин В.Н. Расчет параметров листогибочных несимметричных трехвалковых вальцов при производстве стальных труб // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. №. 4. С. 285 – 291.

13. Шинкин В.Н. Расчет кривизны стального листа при правке на восьмироликовой машине // Черные металлы. 2017. №. 2. С. 46 – 50.

14. Avent R.R., Mukai D.J., Robinson P.F. Heat straightening rolled shapes // Journal of Structural Engineering. 2000. Vol. 126. No. 7. P. 755 – 763.

15. Мрочек Ж.А., Макаревич С.С., Кожуро Л.М. и др. Остаточные напряжения. – Минск: Технопринт, 2003. – 316 с.

16. Беляев Н.М. Cопротивление материалов. – М.: Наука, 1976. – 608 с.

17. Романова О.Г., Драчев А.О. Расчет технологических режимов при холодной правке валов изгибом // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия Прогрессивные технологии в машиностроении. Вып. 4. 2008. № 9 (47). С. 99 – 102.

18. Зайдес С.А., Ван Хуан Н. Влияние параметров процесса калибровки на изгибную жесткость стальных прутков. Часть 1. Определение остаточных напряжений в калиброванных прутках // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. №. 11. P. 870 – 876.

19. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. – М.: Металлургия, 1978. – 360 с.

20. Walton H.W. Deflection methods to estimate residual stress. Handbook of residual stress and deformation of steel // ASM International 2002. ISBN: 0-87170-729-2. Р. 89 – 98.

21. Young B., Lui W.M. Behavior of cold-formed high strength stainless steel sections // Journal of Structural Engineering, ASCE. 2005. Vol. 131. No. 11. Р. 1738 – 1745.

22. DeWald A.T. Measurement and modelling of laser peening residual stresses in geometrically complex specimens. PhD Thesis. Davis, USA: University of California; 2005.

23. Lee H.T., Hsu F.C. Feasibility evaluation of EDM hole drilling method for residual stress measurement // Mater. Sci. Technol. 2003. Vol. 19. No. 9. Р. 1261 – 1265.

24. Jahromi B.H., Nayeb-Hashemi H., Vaziri A. Elasto-plastic stresses in a functionally graded rotating disk // Journal of Engineering Materials and Technology, Transactions of the ASME. 2012. Vol. 134. No. 2. P. 021004 1 – 11.

25. Chen X., Liu Y. Finite Element Modeling and Simulation with ANSYS Workbench. CRCPress, 2014. – 411 p.