Влияние материала рабочего инструмента на напряженно-деформированное состояние деталей при реверсивном выглаживании

Приведены результаты численного моделирования процесса реверсивного выглаживания заготовки из стали Cт45 с использованием роликов из разных материалов: инструментальной стали SKD-11, легированных сталей 42CrMo4, 40Cr и закаленной стали Cт45. Проанализировано влияние механических свойств материала рабочего инструмента на основные параметры процесса, включая напряженно-деформированное состояние заготовки, эквивалентную пластическую деформацию и накопленную энергию пластической деформации. Моделирование проведено в программном комплексе Abaqus с учетом упругопластических свойств материалов. Установлено, что твердость и прочность материала ролика существенно влияют на эффективность процесса. Сталь SKD-11 твердостью 58…62 HRC обеспечила максимальные значения напряженно-деформированного состояния (увеличение напряжений на 20…29 % по сравнению с закаленной сталью Ст45), эквивалентная пластическая деформации возросла в 3,25 раза, а накопленная энергия пластической деформации — в 4,8 раза. Полученные результаты подтверждают определяющую роль материала режущего инструмента в управлении процессом упрочнения и могут быть использованы для оптимизации технологии поверхностного пластического деформирования.
EDN: OAEVQO, https://elibrary/oaevqo

Литература

[1] Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. Москва, Машиностроение, 2002. 299 с.

[2] Нгуен Хыу Хай. Повышение эффективности упрочнения цилиндрических деталей машин реверсивным выглаживанием. Дисс. … канд. техн. наук. Иркутск, ИрНИТУ, 2024. 207 с.

[3] Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Москва, Машиностроение, 1987. 328 с.

[4] Швецов А.Н., Скуратов Д.Л. Влияние параметров процесса алмазного выглаживания на качество поверхностного слоя деталей при производстве и зделий авиационной техники. Вестник МАИ, 2023, т. 30, № 4, с. 220–231. EDN: HLALUU

[5] Аль-Обайди Л.М.Р., Попов М.Е. Учет влияния износа и стойкости инструмента на точность обработки длинномерных валов. Молодой исследователь Дона, 2020, № 2, с. 1–9. EDN: JULDNR

[6] Букатый А.С., Костичев В.Э., Денискина Е.А. Динамический метод исследования концентраторов напряжений коленчатого вала двигателя ЯМЗ-238 с учетом упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием. Вестник СГАУ им. академика С.П. Королёва, 2013, № 3–2, с. 40–45. EDN: SNWTYX

[7] Нго К.К. Повышение качества маложестких валов поверхностным пластическим деформированием в стесненных условиях. Дисс. … канд. тех. наук. Иркутск, 2018. 156 с.

[8] Rojek J., Lumelskyj D., Nosewicz S. et al. Numerical and experimental investigation of an elastoplastic contact model for spherical discrete elements. Comp. Part. Mech., 2019, vol. 6, no. 3, pp. 383–392, doi: https://doi.org/10.1007/s40571-018-00219-8

[9] Ristić S., He S., Van Bael A. et al. Texture-based explicit finite-element analysis of sheet metal forming. Mater. Sci. Forum, 2015, vol. 495-497, pp. 1535–1541, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.495-497.1535

[10] Liu Y., Wang L., Wang D. Finite element modeling of ultrasonic surface rolling process. J. Mater. Process. Technol., 2011, vol. 211, no. 12, pp. 2106–2113, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2011.07.009

[11] Teimouri R., Skoczypiec S. A bottom-up multi-physics model correlating burnishing factors to fatigue life. Measurement, 2024, vol. 234, art. 114872, doi: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.114872

[12] Kowalik M., Trzepiecinski T., Kukiełka L. et al. Experimental and numerical analysis of the depth of the strengthened layer on shafts resulting from roller burnishing with roller braking moment. Materials, 2021, vol. 14, no. 19, art. 5844. https://doi.org/10.3390/ma14195844

[13] Yang H., Sinha S.K., Feng Y. et al. Energy dissipation analysis of elastic–plastic materials. Comput. Meth. Appl. Mech. Eng., 2018, vol. 331, pp. 309–326, doi: https://doi.org/10.1016/j.cma.2017.11.009

[14] Wentzel H., Olsson M. Mechanisms of dissipation in frictional joints-Influence of sharp contact edges and plastic deformation. Wear, 2008, vol. 265, no. 11-12, pp. 1814–1819, doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.04.026

[15] Ferencsik V. FEM investigation of the roughness and residual stress of diamond burnished surface. J. Exp. Theor. Anal., 2024, vol. 2, no. 4, pp. 80–90, doi: https://doi.org/10.3390/jeta2040007

[16] Lee H.M., Kwak H.M., Choi J.M. et al. Novel finite element analysis model for three-roller fillet rolling focusing on its strength of accuracy and practicability. J. Mater. Res. Technol., 2025, vol. 37, pp. 3788–3800, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.07.083

[17] Rashid A., Gopaluni A. A review of residual stress and deformation modeling for metal additive manufacturing processes. Chin. J. Mech. Eng., 2023, vol. 2, no. 4, art. 100102, doi: https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2023.100102

[18] Wakchaure M.B., Misra M., Menezes P.L. Finite element simulation of the laser shock peening process on 304L stainless steel. Materials, 2025, vol. 18, no. 3, art. 2958, doi: https://doi.org/10.3390/ma18132958