Определение геометрических параметров ротационного ролика для повышения напряженно-деформированного состояния упроченных деталей

С использованием компьютерного моделирования в среде ANSYS исследовано напряженно-деформированное состояние и закономерности изменения временных и остаточных напряжений в цилиндрических деталях при упрочнении ротационным роликом. Определены рациональные геометрические параметры ротационного ролика, способствующие повышению эффективности процесса: диаметр, профильные радиусы, расстояние между вершинами профилей, количество деформирующих элементов, ширина и угол наклона разделительной канавки и радиус ее скругления. Установлены условия, обеспечивающие непрерывное перекрытие следов, оставляемых малым и большим профильными радиусами ролика. Показано, что при одинаковом диаметре применение ротационного ролика вместо гладкого тороидального увеличивает остаточные, временные напряжения и глубину пластической деформации, что свидетельствует о его более высокой эффективности. Полученные результаты можно использовать при проектировании и оптимизации технологических процессов упрочнения деталей машин.
EDN: MJIMTI, https://elibrary/mjimti

Литература

[1] Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. Москва, Машиностроение, 2002. 300 с.

[2] Зайдес С.А., ред. Справочник по процессам поверхностного пластического деформирования. Т. 1. Иркутск, Изд-во ИРНИТУ, 2021. 504 с.

[3] Алиев А.А., Булгаков В.П., Приходько Б.С. Качество поверхности и свойства деталей машин. Вестник астраханского государственного технического университета, 2004, № 1, с. 8–12.

[4] Витязь П.А., Панин В.Е., Белый А.Б. и др. Механика пластической деформации и разрушения поверхностно упрочненных твердых тел в условиях трения. Физическая мезомеханика, 2002, т. 5, № 1, с. 15–28.

[5] Макаров П.В., Еремин М.О. Модель разрушения хрупких и квазихрупких материалов и геосред. Физическая мезомеханика, 2013, т. 16, № 1, с. 5–26.

[6] Kwon Y.W. Revisiting failure of brittle materials. J. Pressure Vessel Technol., 2021, vol. 143, no. 6, art. 064503, doi: https://doi.org/10.1115/1.4050989

[7] Ярославцев В.М. Резание с опережающим пластическим деформированием в технологиях утилизации металлической стружки. Наука и образование. Научное издание, 2013, № 7. EDN: RMYDWV

[8] Brach S., Tanné E., Bourdin B. et al. Phase-field study of crack nucleation and propagation in elastic-perfectly plastic bodies. Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 2019, vol. 353, pp. 44–65, doi: https://doi.org/10.1016/j.cma.2019.04.027

[9] Горленко О.А. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных показателей деталей машин. Трение и износ, 1997, т. 18, № 3, с. 361–368.

[10] Голенков В.А. К вопросу о повышении эксплуатационных характеристик полых осесимметричных деталей машин методами интенсивной пластической деформации. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 2012, № 6, с. 71–77.

[11] Зайдес С.А., Тхань Т.Л. Оценка влияния направления упрочненных армированных волокон на деформирующую способность цилиндрических деталей. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2025, № 9, с. 41–52. EDN: OHOISU

[12] Зайдес С.А., Та В.Т.Т. Влияние формы и диаметра тороидального ролика на напряженно-деформированное состояние цилиндричных деталей. Системы. Методы. Технологии, 2025, № 2, с. 7–15.

[13] Reyhan S.B., Rahman M.M. Modeling elastic properties of unidirectional composite materials using Ansys Material Designer. Procedia Structural Integrity, 2020, vol. 28, pp. 892–900, doi: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2020.11.012

[14] Родионов И.В. Анализ структуры поверхностного слоя, его качества и влияния на эксплуатационные свойства деталей. Современные материалы, техника и технологии, 2020, № 3, с. 42–57.

[15] Тамаркин М.А., Тищенко Э.Э., Лебеденко В.Г. Повышение качества поверхностного слоя деталей при обработке поверхностным пластическим деформированием в гибких гранулированных средах. Вестник ДГТУ, 2009, т. 9, № 3, с. 213–224.

[16] Паршин С.В. Конечно-элементное моделирование в решении прочностных задач машиностроения. Екатеринбург, ИНМТ УрФУ, 2024. 68 с.

[17] Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. Москва, Наука, 1975. 560 с.

[18] Кожаринова Л.В. Основы теории упругости и пластичности. Москва, Ассоциация строительных вузов, 2010. 136 с.

[19] Мехеда В. А. Моделирование упругопластического деформирования приповерхностных слоёв материалов. Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия, 2024, т. 30, № 3, с. 25–34, doi: 10.18287/2541-7525-2024-30-3-25-34.

[20] Бобровский Н.М. Технология обработки деталей поверхностно-пластическим деформированием без применения смазывающе-охлаждающих технологических средств. Самара, Самарский научный центр РАН, 2012. 141 с.

[21] Зайдес С.А., Колесник А.В. Оценка напряженно-деформированного состояния при упрочнении цилиндрических деталей роликом с асимметричным профилем. Наукоемкие технологии в машиностроении, 2019, № 9, с. 18–25, doi: https://doi.org/10.30987/article_5d2df088356040.61565175