Напряженно-деформированное состояние цилиндрических деталей при упрочнении плоскими клиновыми плитами

Повышение качества поверхностного слоя деталей является актуальной задачей современного машиностроения, от эффективного решения которой зависит надежность работы изделий. Формирование благоприятного напряженно-деформированного состояния в поверхностных слоях позволяет повысить износостойкость, усталостную прочность и эксплуатационные характеристики деталей машин. На сегодняшний день существуют различные методы упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием, среди которых можно выделить накатывание, обкатку роликами, ультразвуковую обработку и т.д. Выбор конкретного способа зависит от назначения детали, ее геометрии и требований к эксплуатационным характеристикам. Особые технологические проблемы возникают при обработке цилиндрических деталей малых диаметров типа осей, силовых шпилек, валиков, которые легко изгибаются. Для нежестких деталей, характеризующихся отношением длины к диаметру более 15, разработан способ упрочнения с использованием плоских клиновых плит. Данный метод представлен и исследован в настоящей работе. Цель работы заключается в оценке напряженно-деформированного состояния в очаге деформации и остаточных напряжений в упрочненных цилиндрических деталях в зависимости от геометрической формы рабочего инструмента и основных параметров процесса упрочнения плоскими клиновыми плитами. Методом исследования служит моделирование в программной среде ANSYS Workbench с учетом билинейной диаграммы деформирования материала образца. Проведены численные эксперименты при различных углах клинового участка β (от 30° до 90°) и степенях относительного обжатия Q (от 0,5 до 4 %), что позволило определить закономерности распределения временных и остаточных напряжений, а также интенсивности пластической деформации как по длине, так и по радиусу заготовки. Установлено, что угол β клинового участка плоских плит, равный 45°, является наиболее рациональным, так как обеспечивает равномерное распределение остаточных напряжений, предотвращает локальные перегрузки и способствует упрочнению без повреждений поверхностного слоя. Рекомендуемая величина относительного обжатия при упрочнении плоскими клиновыми плитами должна находиться в интервале Q = (1,3-1,5) %.