Распределение остаточных напряжений при дорновании с учетом повторных деформаций
Автор: Мазеин Петр Германович, Токарев Андрей Евгеньевич
Рубрика: Технология
Статья в выпуске: 2 т.20, 2020 года.
Бесплатный доступ
В статье обоснована необходимость учета повторного деформирования при технологической операции дорнования или деформирующего протягивания, приведены экспериментальные распределения остаточных наряжений при дорновании. Представлено моделирование остаточных напряжений в полом толстостенном цилиндре при дорновании с учетом вторичных деформаций и повторного деформирования. Рассмотрены области, в которых прошли пластическое нагружение и упругая разгрузка, упругое нагружение и упругая разгрузка; приведены примеры моделирования окружных остаточных напряжений, т. е. результаты расчетного определения окружных остаточных напряжений в полом цилиндре по приведенным математическим моделям. Даны рекомендации по назначению количества дорнующих колец на дорнующем инструменте: их для формирования нужного распределения остаточных напряжений в приповерхностном слое достаточно двух, третье кольцо обеспечивает шероховатость. Рассмотрены особенности распределения окружных сжимающих остаточных напряжений в зонах вторичных и повторных деформаций; повторные деформации проявляются в приповерхностном слое, прилежащем к обработанной поверхности, т. е. остаточные напряжения от повторного деформирования накладываются на вторичные остаточные напряжения. Сформулированы подробные выводы по влиянию на остаточные напряжения в приповерхностном слое изменений давления (натяга) при дорновании, изменений толщины стенки цилиндра и изменений предела текучести обрабатываемого материала. Результаты моделирования не противоречат экспериментальным данным.
Остаточные напряжения, дорнование, повторные деформации
Короткий адрес: https://sciup.org/147233476
IDR: 147233476 | УДК: 621.7 | DOI: 10.14529/engin200204
Calculation of residual stresses from burnishing taking repeated deformations into account
It is shown that the introduction of CNC grinding machines requires a constant assessment of the state of the technological system taking into account the dynamics of the process based on automatic control of the machining process. The article substantiates the necessity of taking repeated deformation into account during the technological operation of burnishing (deforming broaching), and the experimental distributions of the residual stresses during burnishing are presented. In order for designers to have the right to set residual stress requirements on drawings, technologists must be able to form them and, therefore, model them. A simulation of residual stresses in a hollow thick-walled cylinder during burnishing which takes into account secondary deformations and re-deformation is presented and areas with plastic loading and elastic unloading or elastic loading and elastic unloading are examined. Examples of modeling residual stresses and the results of the calculated determination of the circumferential residual stresses in a hollow cylinder according to mathematical models are given; recommendations are given in this connection on the appointment of a number of burnishing rings on the burnishing tool; it is shown that two are sufficient to form the necessary distribution of residual stresses in the surface layer, and a third ring provides roughness. The features of distribution of circumferential compressive residual stresses in the areas of secondary and repeated deformations are considered; repeated deformations appear in the near-surface layer adjacent to the treated surface, i.e. the residual stresses from the repeated deformation are superimposed on the secondary residual stresses. Detailed conclusions on the effect on residual stresses in the near-surface layer of pressure changes (interference) during burnishing, the changes in the wall thickness of the cylinder, and changes in the yield strength of the processed material$ simulation results donn't contradict experimental data.
Список литературы Распределение остаточных напряжений при дорновании с учетом повторных деформаций
- Кудрявцев, И.В. Внутренние напряжения как резерв прочности в машиностроении / И.В. Кудрявцев. – М.: Машгиз, 1951. – 277 с.
- Анализ видов упрочняющей обработки пластическим деформированием / В.А. Голенков, С.Ю. Радченко, Д.О. Дорохов, И.М. Грядунов // Фундаментальные проблемы техники и технологии. – 2011. – № 1 (285) – С. 59–62.
- К вопросу о повышении эксплуатационных характеристик полых осесимметричных деталей машин методами интенсивной пластической деформации / В.А. Голенков, С.Ю. Радченко, Д.О. Дорохов, И.М. Грядунов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2012. – № 6 (296). – С. 71–77.
- Каратушин, С.И. Остаточные напряжения в цилиндрических изделиях / С.И. Карату-шин, Д.В. Спиридонов, Ю.А. Плешанова // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2013. – № 6. – С. 53–56.
- Остаточные напряжения в деформируемых твердых телах / Г.Н. Чернышев, А.Л. Попов, В.М. Козинцев, И.И. Пономарев. – М.: Наука, 1996. – 240 с.
- Розенберг, О.А. Технологическая механика деформирующего протягивания / О.А. Розенберг, Ю.А. Цеханов, С.Е. Шейкин. – Воронеж; ВГТА, 2001. – 203 с.
- Кузнецов, В.А. Повышение эффективности деформирующего протягивания за счет геометрии инструмента / В.А. Кузнецов, Т.Д. Тимофеева // Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ», 2010.
- Смирнов-Аляев, Г.А. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением / Г.А. Смирнов-Аляев, В.П. Чикидовский. – Л.: Машиностроение, 1972. – С. 211–242.
- Process lubricant for deforming broaching of pieces made of titanium / S.E. Sheikin, E.A. Paschenko, I.Yu. Rostotsky et al. // Metallurgical and Mining Industry. – 2014. – Vol. 6(2). – С. 56–66.
- Forming of a gradient nanostructure on a surface of details by the method of plastic deformation / O.A. Rozenberg, N.V. Novikov, S.Ye. Shejkin et al. // Metallophysics and Advanced Technologies. – 2004. – Vol. 26. – P. 1493–1500.
- Биргер, И.А. Остаточные напряжения / И.А. Биргер. – М.: Машгиз, 1983. – 232 с.
- Позднякова, И.В. Износостойкость и остаточные напряжения при дорновании / И.В. Позднякова // Труды совещания по упрочнению деталей машин. – М.: Наука, 1965. – С. 142–150.
- Проскуряков, Ю.Г. Дорнование отверстий / Ю.Г. Проскуряков. – Машгиз, 1961. – 192 с.
- Товпенец, Е.С. Остаточные тангенциальные напряжения в полых стальных цилиндрах, наклепанных изнутри / Е.С. Товпенец, П.С. Сахаров // Металлургия. – 1936. – № 2. – С. 36–42.
- Проскуряков, Ю.Г. Остаточные напряжения в деталях, обработанных дорнованием / Ю.Г. Проскуряков, И.В. Позднякова // Современные способы и технологии обработки деталей упрочняющее–калибрующими инструментами. – Челябинск: ЧПИ, 1961. – С. 37–48.
- Проскуряков, Ю.Г. Остаточные напряжения и точность деталей, обработанных дор-нованием / Ю.Г. Проскуряков // Вестник машиностроения. – 1973. – № 7. – С. 58–60.
- Мазеин, П.Г. Моделирование формирования остаточных напряжений и деформаций при поверхностном пластическом деформировании стальных деталей: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / П.Г. Мазеин. – Челябинск, 1994. – 413 с.
- Москвитин, В.В. Упруго-пластические деформации при повторных нагружениях: авто-реферат дис. … д-ра физ.-мат. наук / В.В. Москвин. – М.: Ин-т механики Акад. наук СССР, 1960. – 15 с.
- Москвитин, В.В. Пластичность при переменных нагружениях / В.В. Москвитин. – М.: МГУ, 1965. – 263 с.
- Klink, U. Honen von Kleinstbohrungen / U. Klink, G. Flores // Werkzeug–Technologie. – 2003. – V. 37. – № l. – P. 26–32.
- Okhotin, I. Burnishing of deep holes of small diameter with large strains / I. Okhotin, V. Skvortsov / LAP Lambert Academic Publishing, 2011. – 180 с.
- De Swardt, R.R. Finite element simulation of the Sachs boring method of measuring residual stresses in thick–walled cylinders / R.R. De Swardt // Journal of pressure vessel technology. – 2003. – V. 125. – № 3. – P. 274–276.
- Ekmekci, B. A semi–empirical approach for residual stresses in electric discharge machining (EDM) / B. Ekmekci, A.E. Tekkaya, A. Erden // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2006. – V. 46. – № 7. – P. 858–868.
- Koc, M. Prediction of residual stresses in quenched aluminum blocks and their reduction through cold working processes / M. Koc, J. Culp, T. Altan // Journal of materials processing technology. – 2006. – V. 174. – № 1. – P. 342–354.
- Lai, M.O. Residual stress field of ballised holes / M.O. Lai, Z. He // Journal of mechanical science and technology. – 2012. – V. 26. – № 5. – P. 1555–1565.
- Parker, A.P. A critical examination of Sachs’ material–removal method for determination of residual stress / A.P. Parker // Pressure Vessels and Piping Conference. American Society of Mechanical Engineers, 2003. – P. 1–4.
- Methods of measuring residual stresses in components / N.S. Rossini, M. Dassisti, K.Y. Benyounis, A.G. Olabi // Materials & Design. – 2012. – V. 35. – P. 572–588
