CC BY
7
Машиностроение и машиноведение
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОРОИДАЛЬНОГО РОЛИКА НА ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТПЕЧАТКОВ
И ДАВЛЕНИЕ В ЗОНЕ КОНТАКТА ПРИ РЕВЕРСИВНОМ ПОВЕРХНОСТНОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ
Нгуен Тхань Ван, преподаватель (email:[email protected]) Офицерское училище Военно-Воздушных Сил, г. Нячанг, Вьетнам Нгуен Ван Хинь, к.т.н., декан факультета
(email:[email protected]) Шаодо университет, г. Хайзыонг, Вьетнам Нгуен Хыу Хай, аспирант (e-mail: [email protected]) Иркутский национальный исследовательский технический университет,
г.Иркутск, Россия
В статье представлены результаты моделирования и определения влияния геометрии рабочего ролика на геометрические характеристики пластического отпечатка и давление в зоне контакта при реверсивном воздействии. На основе полученных результатов для повышения давления в зоне контакта рабочего ролика с заготовкой, которое влияет на степень упрочнения и сглаживание микронеровностей поверхности заготовки и формирование сжимающих остаточных напряжений рекомендуется использовать следующие параметры и режимы упрочнения: рабочий ролик диаметром 20^30 мм, с профильным радиусом 2^2.5 мм, амплитуда угла реверсивного вращения рабочего ролика ±15о ^ ±20о.
Ключевые слова: реверсивное поверхностное пластическое деформирование, тороидальный ролик, пластический отпечаток, контактное давление, профильный радиус ролика.
Введение. Для некоторых ответственных деталей машин необходимо повышать качество изготовления и в первую очередь это касается точности и шероховатости, которые можно обеспечить при отделочно-упрочняющей обработке. На производстве применяются различные способы отделочно-упрочняющей обработки, которые повышают надежность деталей машин. В последние годы все более широко применяется безрежущий метод обработки, основанный на принципе тонкого пластического деформирования поверхности металла в холодном состоянии - способ поверхностного пластического деформирования (ППД) [1, 2]. Этот способ имеет ряд преимуществ по сравнению с обработкой резанием, так как он может обеспечить низкую шероховатость поверхности, высокую твердость и износостойкость поверхностного слоя, повысить предел текучести и особенно предел усталости материала детали [3].
В настоящее время разработано достаточно большое количество способов ППД на основе разнообразных по форме деформирующих элементов. Каждый вид воздействия и форма деформирующих элементов оставляют пластический отпечаток на поверхность заготовки, а при его перемещении образуется след от обработки. Наложение следов позволяет полностью упрочнить обрабатываемую поверхность детали.
По форме и размерам пластического отпечатка можно судить о геометрии изделия и рабочего инструмента, о величине силового воздействия, о качестве обрабатываемой поверхности, об образовании упругопластиче-ской волны, о наличии вибрации технологической системы и многое другое [4].
Известные рабочие инструменты обычно выполняют движения с достаточно простой кинематикой. В Иркутском национальном исследовательском техническом университете разработаны новые технологические процессы ППД на основе более сложной кинематики рабочего инструмента [5, 6]. Авторы данной статьи предложили новый способ ППД, основанный на реверсивном вращении тороидального ролика [7].
Цель данной работы состоит в определении влияния параметров рабочего ролика на геометрические характеристики пластического отпечатка и давление в зоне контакта рабочего ролика с поверхностью цилиндрических деталей, упроченных реверсивным поверхностным пластическим деформированием.
Результаты компьютерного моделирования процесса ППД. Для исследования влияния параметров рабочего ролика на пластический отпечаток и давление в зоне контакта при реверсивном ППД рассмотрено 3 параметра - диаметр рабочего ролика (Dp), профильный радиус рабочего ролика (гпр) и амплитуда угла реверсивного вращения рабочего ролика (ар). Базовые режимы обработки, которые принимались постоянными при варьировании одного из параметров процесса, представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Базовые режимы реве
рсивного ППД
А> (мм) rпр (мм) l (мм) Dз (мм) ан (град.) t (мм) ар (град.) Пр (дв.ход ./мин.)
30 2.5 2 30 90 0.1 ±15 120
Методика компьютерного моделирования изложена в работах [8, 9]. На рис. 1 представлена схема формирования пластического отпечатка на поверхности заготовки при реверсивном ППД.
— г
; Х-——ъ
Рис. 1. Схема формирования пластического отпечатка на поверхности заготовки при реверсивном ППД: А - схема реверсивного вращения рабочего ролика
Результаты расчета по определению влияния параметров рабочего ролика на геометрические характеристики пластического отпечатка и давление в зоне контакта при реверсивном ППД представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Влияние геометрии рабочего ролика на геометрические характеристики пластического отпечатка и давление в зоне контакта при реверсивном ППД
Диаметр рабочего ролика мм 15 30 45 60 75
а, мм 2.48 2.91 3.13 3.28 3.36
Ь, мм 1.46 1.49 1.51 1.54 1.55
с 2 оот., мм 5.86 6.94 7.62 8.10 8.40
Р, МПа 2268.51 2210.60 1997.42 1982.27 1955.72
Профильный радиус рабо-
чего ролика гпр, мм 2 2.5 3 3.5 4
а, мм 2.90 2.91 2.92 2.93 2.94
Ь, мм 1.36 1.49 1.62 1.73 1.84
с 2 оот., мм 6.31 6.94 7.55 8.13 8.71
Р, МПа 2315.41 2210.60 1989.77 1965.12 1910.41
Амплитуда угла реверсив-
ного вращения рабочего ролика ар, град. ±15 ±30 ±45 ±60 ±75
а, мм 2.91 3.23 3.41 3.46 4.16
Ь, мм 1.49 1.72 2.0 2.32 3.18
с 2 оот., мм 6.94 8.42 8.91 9.08 9.55
Р, МПа 2210.6 2055.25 2001.11 1985.12 1887.45
Из табл. 2 можно отметить, что увеличение диаметра рабочего ролика от 15 до 75 мм, профильного радиуса рабочего ролика от 2 до 4 мм и амплитуды угла реверсивного вращения рабочего ролика от 0 до ±75о при реверсивном ППД увеличивается площадь контактной поверхности в 1.40; 1.38 и 1.68 раз, соответственно, которая приводит к снижению контактного давления рабочего ролика с поверхностью заготовки в 1.16; 1.21 и 1.17 раза, соответственно.
Таким образом, результаты исследования показали, что параметры тороидального ролика значительно влияют на геометрические характеристики пластического отпечатка и величину контактного давления РИ с заготовкой при реверсивном ППД. Контактное давление в зоне взаимодействия РИ с поверхностью детали характеризует не только степень упрочнения материала и степень сглаживания микронеровностей поверхности, но позволяет оценить уровень сжимающих остаточных напряжений.
Выводы
1. При реверсивном ППД в зоне контакта РИ с поверхностью детали образуется некоторый контур за один цикл движения РИ. Контур этого отпечатка формируется при повороте двух эллипсов и влево, и вправо на некоторый угол ар.
2. Для повышения величины контактного давления РИ с поверхностью заготовки необходимо выбрать следующие параметры обработки: рабочий ролик диаметром 20^30 мм, с профильным радиусом 2^2.5 мм, амплитуда угла реверсивного вращения рабочего ролика ±15о ^ ±20о.
Список литературы
1. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.
2. Справочник по процессам поверхностного пластического деформирования. Том 2: монография / под ред. С. А. Зайдеса. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2022, 584 с.
3. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. 299 с.
4. Блюменштейн В.Ю. Инновационные технологии отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием в транспортном комплексе. Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019, № 8(98), с. 16-24.
5. Зайдес С. А. От кинематики рабочего инструмента к новым процессам отделочно-упрочняющей обработки // Вестник ИрГТУ, № 23(5), 2019. С. 863-873.
6. Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Влияние кинематики тороидального ролика на напряженно-деформированное состояние при поверхностном пластическом деформировании. Металлообработка, 2022, № 2(128), с. 40-48.
7. Патент: Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения/ЯИ № 2758713, МПК В24В 39/04, опубликовано 01.11.2021. Бюл. № 31.
8. Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя при реверсивном поверхностном пластическом деформировании деталей машин // Упрочняющие технологии и покрытия, № 7 (211), 2022. С. 320-327.
9. Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Влияние основных параметров реверсивного поверхностного пластического деформирования на напряженно-деформированное состояние // Системы. Методы. Технология, № 3 (55), 2022. С 7-15.
1Nguyen Thanh Van, lecturer
Air Force Officer School, Nha Trang, Viet Nam
1Nguyen Van Hinh, Ph.D., Dean of the Faculty
(email:[email protected])
Sao Do University, Hai Duong, Viet Nam
2Nguyen Huu Hai, postgraduate
Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia INFLUENCE OF TOROIDAL ROLLER PARAMETERS ON GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF PRINTS AND PRESSURE IN THE CONTACT ZONE UNDER REVERSIBLE SURFACE PLASTIC DEFORMATION
Abstract. The article presents the results of modeling and determining the influence of the geometry of the working roller on the geometric characteristics of the plastic imprint and the pressure in the contact zone during reverse action. Based on the results obtained, to increase the pressure in the contact zone of the working roller with the workpiece, which affects the degree of hardening and smoothing of microroughness of the workpiece surface and the formation of compressive residual stresses, it is recommended to use the following parameters and hardening modes: working roller with a diameter of 20^30 mm, with a profile radius of 2
2.5 mm, amplitude of the angle of reverse rotation of the working roller ±15о ±20о. Key words: reversible surface plastic deformation, toroidal roller, plastic imprint, contact pressure, roller profile radius.
