Анализ кинематики процесса упрочнения цилиндрических деталей геликоидным инструментом

Рассмотрены особенности кинематических характеристик рабочего инструмента геликоидной формы при проведении упрочняющей обработки методом поверхностного пластического деформирования. Процесс реализуется посредством обкатывания геликоидным инструментом поверхности заготовки в зоне контактного взаимодействия деформирующего элемента с обрабатываемой деталью. Исследование направлено на прогнозирование применимости данного метода для отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических деталей, таких как валы и оси. В работе проведен анализ кинематических параметров процесса геликоидного поверхностного пластического деформирования в декартовой системе координат, включая исследование составляющих движений заготовки и инструмента (вращательное, поступательное). Определены аналитические зависимости, характеризующие длину траектории деформации, величину результирующей скорости и ускорения, что позволяет целенаправленно управлять технологическими параметрами процесса и оптимизировать режимы обработки. Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования методов упрочняющей обработки и повышения эксплуатационных характеристик деталей машин.
EDN: GDAJGR, https://elibrary/gdajgr

Литература

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

[2] Суслов А.Г., ред. Технология и инструменты отделочно-упрочняющей обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. Т. 1. Москва, Машиностроение, 2014. 478 с.

[3] Nie N., Su L., Deng G. et al. A review on plastic deformation induced surface/interface roughening of sheet metallic materials. J. Mater. Res. Technol., 2021, vol. 15, pp. 6574–6607, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.11.087

[4] Отений Я.Н., Привалов Н.И., Щеголев Н.Г. и др. Особенности формирования глубины упрочнения при обработке деталей поверхностным пластическим деформированием. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2016, № 12–3, с. 452–455.

[5] Wu I., Liu H., Wei P. et al. Effect of shot peening coverage on residual stress and surface roughness of 18CrNiMo7-6 steel. Int. J. Mech. Sci., 2020, vol. 183, art. 105785, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105785

[6] Блюменштейн В.Ю., Смелянский В.М. Механика технологического наследования на стадиях обработки и эксплуатации деталей машин. Москва, Машиностроение, 2007. 399 с.

[7] Parasiz S.A., Kutucu Y.K., Karadag O. On the utilization of Sachs model in modeling deformation of surface grains for micro/meso scale deformation processes. J. Manuf. Process., 2021, vol. 68-A, pp. 1086–1099, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.06.033

[8] Кабатов А.А. Анализ финишных методов обработки поверхностным пластическим деформированием. Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии, 2013, № 58, с. 49–54

[9] Ежелев А.В., Бобровский И.Н., Лукьянов А.А. Анализ способов обработки поверхностно-пластическим деформированием. Фундаментальные исследования, 2012, № 6–3, с. 642–646.

[10] Li S., Kim D.K., Benson S. The influence of residual stress on the ultimate strength of longitudinally compressed stiffened panels. Ocean Eng., 2021, vol. 231, art. 108839, doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.108839

[11] Отений Я.Н. Влияние параметров деформирующих роликов на геометрию контакта и глубину упрочнения при обработке ППД валов и отверстий. Упрочняющие технологии и покрытия, 2006, № 4, с. 8–10.

[12] Кокорева О.Г. Оценка напряженного состояния при упрочнении поверхностно-пластической деформацией. Журнал передовых исследований в области естествознания, 2021, № 12, с. 4–6, doi: https://doi.org/10.26160/2572-4347-2021-12-4-6

[13] Zhou C., Jiang F., Xu D. et al. A calculation model to predict the impact stress field and depth of plastic deformation zone of additive manufactured parts in the process of ultrasonic impact treatment. J. Mater. Process. Technol., 2020, vol. 280, art. 116599, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116599

[14] Ma C., Suslov S., Ye C. et al. Improving plasticity of metallic glass by electropulsing-assisted surface severe plastic deformation. Mater. Des., 2019, vol. 165, art. 107581, doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107581

[15] Rakhimyanov K., Gileta V., Samul A. Kinematics of ultrasonic processing. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, vol. 971, art. 022054, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/971/2/022054

[16] Семенова Ю.С., Самуль А.Г., Мажуга А.Г. Применение ультразвукового поверхностного пластического деформирования при модификации поверхностного слоя. Упрочняющие технологии и покрытия, 2020, т. 16, № 5, с. 200–204, doi: https://doi.org/10.36652/1813-1336-2020-16-5-200-204

[17] Рахимянов Х.М., Гилета В.П., Самуль А.Г. Обеспечение микрогеометрического состояния поверхности деталей, выполненных из пластичных материалов, ультразвуковой обработкой. Упрочняющие технологии и покрытия, 2020, т. 16, № 6, с. 256–259.

[18] Mahalov M.S., Blumenstein V.Yu. Finite element surface layer inheritable condition residual stresses model in surface plastic deformation processes. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2016, vol. 126, no. 1, art. 012004, pp. 120–123, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/126/1/012004

[19] Rayhan S.B., Rahman M.M. Modeling elastic properties of unidirectional composite materials using Ansys Material Designer. Procedia Structural Integrity, 2020, vol. 28, pp. 1892–1900, doi: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2020.11.012

[20] Зайдес С.А., Хо М.К. Маятниковое поверхностное пластическое деформирование цилиндрических заготовок. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2022, т. 65, № 5, с. 344–353, doi: https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-5-344-353

[21] Зайдес С.А., Ву К.Х. Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения. Патент РФ 2824641. Заявл. 15.03.2024, опубл. 12.08.2024.

[22] Qiu P., Meng B., Xu S. et al. Evolution and control of deformation mechanisms in micro-grooving of Zr-based metallic glass. J. Manuf. Process., 2021, vol. 68-A, pp. 923–931, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.06.012