Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Повышение качества калиброванной стали поверхностным деформированием. Часть 1. Определение напряженного состояния цилиндрических деталей при орбитальном поверхностном деформировании

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-10-802-807

Полный текст:

Аннотация

Холоднотянутая калиброванная сталь является эффективной заготовкой для изготовления маложестких цилиндрических деталей типа валов и осей. Высокая точность диаметрального размера по длине заготовки, малая шероховатость поверхности, повышенная твердость и прочность поверхностного слоя по сравнению с горячекатаным прокатом позволяют изготавливать разнообразные детали с высоким коэффициентом использования металла и при высокой производительности механической обработки. Основной недостаток калиброванного металла заключается в остаточных напряжениях, которые возникают при обработке давлением. Для их снижения или изменения характера распределения по сечению предлагается использовать малые пластические деформации в поверхностном слое проката. Известные в практике способы поверхностного пластического деформирования (ППД) обычно приводят к искривлению маложестких заготовок. Для интенсификации напряженно-деформированного состояния в очаге деформации предлагается способ орбитального поверхностного деформирования. Схема орбитального деформирования представляет собой стержневой индентор (инструмент), один конец которого снабжен шаровым наконечником, находящийся в контакте с обрабатываемой поверхностью. Второй конец стержневого индентора вращается относительно вертикальной оси, образуя в пространстве коническую поверхность с некоторым углом при вершине. Вдоль оси стержня действует деформирующая сила. На основе конечно-элементного моделирования рассмотрено влияние основных параметров орбитального поверхностного деформирования на напряженное состояние в очаге деформации и остаточные напряжения в готовых изделиях. По сравнению с традиционным процессом ППД интенсивность напряжений при орбитальном поверхностном деформировании возрастет на 10 – 15 %. Остаточные напряжения сжатия, которые формируются в поверхностных слоях, достигают 70 – 85 % предела прочности материала. Установлен относительный радиус орбитального вращения и радиус рабочего инструмента, при которых обеспечивается формирование максимальных временных и остаточных напряжений. При увеличении частоты орбитального вращения рабочего инструмента временные и остаточные напряжения сжатия возрастают. Во второй части статьи предполагается представить информацию о более эффективном способе поверхностного деформирования и изменении начальных остаточных напряжений, которые формируются при калибровке цилиндрических прутков.

Об авторах

С. А. Зайдес
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой машиностроительных технологий и материалов

664074, Россия, Иркутск, ул. Лермонтова, 83



. Фам Ван Ань
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

аспирант кафедры машиностроительных технологий и материалов

664074, Россия, Иркутск, ул. Лермонтова, 83



Список литературы

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

2. Шефтель Н.И. Улучшение качества и сортамента проката. – М.: Металлургия, 1973. – 343 с.

3. Вишняков Я.Д., Пискарев В.Д. Управление остаточными напряжениями в металлах и сплавах. – М.: Металлургия, 1989. – 253 с.

4. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. – М.: Машиностроение, 1987. – 152 с.

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

6. Handbook of Residual Stress and Distortion of Steel / G. Totten, M. Howes, T. Inoue. Publications for ASTM (The American Society for Testing and Materials), 2002. – 449 p.

7. Ebert L.J. The role of residual stresses in the mechanical performance of case carburized steel // Metal Transactions A. 1978. Vol. 9A. P. 1537 – 1551.

8. Swic A., Taranenko V., Wolos D. New method for machining of low-rigidity shafts // Advances in Manufacturing Science and Technology. 2010. Vol. 34. No. 1. P. 59 – 71.

9. Скороходов А.Н., Зудов Е.Г., Киричков А.А., Петренко Ю.П. Остаточные напряжения в профилях и способы их снижения. – М.: Металлургия, 1985. – 185 с.

10. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. – М.: Машиностроение, 1987. – 328 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. Kramer I.R. Effect of surfaces on mechanical behavior of metals // Surface Phenomena. Bonis L.J., BruynP.L., Duga J.J. eds. Springer US, 1995. P. 171 – 193.

13. Bussu G., Irving P.E. The role of residual stress and heat affected zone properties on fatigue crack propagation in friction stir welded 2024-T351 aluminium joints // Int. Journal of Fatigue. 2003. Vol. 25. No. 1. P. 77 – 88.

14. Блюменштейн В.Ю., Кречетов А.А., Махалов М.С. Современные конкурентоспособные технологии отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 7. С. 7 – 12.

15. Лебедев В.А. Эффективные технологии поверхностного пластического деформирования и комбинированной обработки / Под ред. А.В. Киричек. – М.: Издательский дом «Спектр», 2014. – 403 с.

16. Зайдес С.А. Новые способы поверхностного пластического деформирования при изготовлении деталей машин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2018. Т. 16. № 3. С. 129 – 139.

17. Зайдес С.А., Нгуен Ван Хуан. Определение остаточных напряжений в калиброванных прутках // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 2. P. 109 – 115.

18. Технология и инструменты отделочно-упрочняющей обработки деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник: в 2-х томах. Т. 1 / Под общ. ред. А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение, 2014. – 480 с.

19. Блюменштейн В.Ю., Махалов М.С. Влияние режимов на формирование остаточных напряжений в поверхностном слое при размерном совмещенном обкатывании // Обработка металлов. 2008. № 2. С. 15 – 22.

20. Hauk V. Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods: Evaluation, Application, Assessment. – Amsterdam: Elsevier Science B.V. 1997. – 640 p.

21. Пат. 2019105314 RU. Способ поверхностного пластического деформирования / Зайдес С.А., Фам Ван Ань; заявл. 26.02.2019; опубл. 29.11.2019.

22. Баков К.А. ANSYS. Справочник пользователя. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 640 с.

23. Бруяка В.А., Фокин В.Г., Кураева Я.В. Инженерный анализ в ANSYS Workbench. – Самара: Самарский гос. техн. ун-т, 2013. – 109 с.


Для цитирования:


Зайдес С.А., Фам Ван Ань .. Повышение качества калиброванной стали поверхностным деформированием. Часть 1. Определение напряженного состояния цилиндрических деталей при орбитальном поверхностном деформировании. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2020;63(10):802-807. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-10-802-807

For citation:


Zaides S.A., Pham Van Anh .. Quality improvement of calibrated steel by surface deformation. Part 1. Determination of the stressed state of cylinderical parts during orbital surface deformation. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020;63(10):802-807. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-10-802-807

Просмотров: 132


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)