Stress-strain state simulation and calculation of a microprofile under orthogonal impact depending on loading conditions

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The present study aims to establish the effect of loading conditions on the shaping mechanics and stress-strain state of a surface microprofile for machine parts under the initial roughness impact. The used calculation model of microroughness includes physical and mechanical characteristics of a soft copper-simulating material. A numerical model of microsettlements on the surfaces of machine parts is developed for various loading conditions. The transition from free to restrained loading of the microroughness model increases the angle at the base of the deformed microprofile from 35 to 58°, relative length of the smoothed section from 0.46 to 0.8, and vertical rise of the microprofile depression point from 0.012 to 0.21. For one unfastened pair of side microprofile surfaces, orthogonal pair is deformed to a greater extent relative to the corresponding freely fastened surface. The maximum elongation of the sample in the direction of oX and oZ axes is 7 and 13%, respectively. Depending on loading conditions and location of microprotrusions, the full-settlement stress under the microroughness peaks ranges from 1050 to 1370 MPa exceeding the ultimate strength of the samples by 5–7 times. The stress of depressions on rigidly fastened samples reaches a maximum value of 1190 MPa, which exceeds the values for other fastening options and ultimate strength of the samples by 4–12 and 0.5–6 times, respectively. The lowest stress homogeneity across the microprofile cross-section has been found in freely fastened samples; rigidly fastened samples have the highest stress homogeneity. The optimal microprofile smoothing is typical for rigid fastening loading with a more uniform stress across the microprofile cross-section. The studies are relevant for assigning the conditions of workpiece processing using local deformation methods under the varying degree of restrained loading within the boundaries of the processed surfaces.

Sobre autores

N. Vulykh

Irkutsk National Research Technical University

Email: vulix2011@yandex.ru
ORCID ID: 0000-0002-2607-4302

B. Ponomarev

Irkutsk National Research Technical University

Email: pusw@ex.istu.edu
ORCID ID: 0000-0003-1185-8638

Bibliografia

  1. Зайдес С.А. Новые способы поверхностного пластического деформирования при изготовлении деталей машин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2018. Т. 16. № 3. С. 129–139. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2018-16-3-129-139. EDN: YARHJB.
  2. Зайдес С.А., Машуков А.Н. Применение технологии алмазного выглаживания для улучшения микрогеоме трии затворных узлов арматуры высокого давления // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2019. № 1. С. 5–14. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2019-1-5-13. EDN: NVOUGP.
  3. Kuznetsov V., Smolin I., Skorobogatov A., Akhmetov A. Finite element simulation and experimental investigation of nanostructuring burnishing AISI 52100 steel using an inclined flat cylindrical tool // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Iss. 9. P. 5324. https://doi.org/10.3390/app13095324. EDN: RHXGFE.
  4. Нго Као Кыонг, Зайдес С.А., Лэ Хонг Куанг. Оценка качества упрочненного слоя при поверхностном пласти ческом деформировании роликами разных конструкций // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 1. С. 30–37. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-1-30-37. EDN: YMMWDW.
  5. Кроха В.А. Кривые упрочения металлов при холодной деформации. М.: Машиностроение, 1968. 131 с. EDN: SHJAKZ.
  6. Блюменштейн В.Ю., Митрофанова К.С. Исследование влияния технологических факторов процесса поверхеностного пластического деформирования сложно профильным инструментом на качество поверхностного слоя // Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. Т. 16. № 2. С. 68–74. EDN: BZXTEC.
  7. Махалов М.С., Блюменштейн В.Ю. Механика процесса ППД. Остаточные напряжения в упрочняемом упру гопластическом теле // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2019. Т. 21. № 2. С. 110–123. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.2-110-123. EDN: IZSBDL.
  8. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. 152 с.
  9. Grzesik W., Zak K. Characterization of surface integrity produced by sequential dry hard turning and ball burnishing operations // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2014. Vol. 136. Iss. 3. Р. 031017. https://doi.org/10.1115/1.4026936.
  10. Зайдес С.А., Нго Као Кыонг. Влияние поверхностного пластического деформирования в стесненных условиях на качество упрочненного слоя // Упрочняющие технологии и покрытия. 2017. Т. 13. № 11. С. 491–494. EDN: ZRQVHX.
  11. Вулых Н.В., Вулых А.Н. Моделирование и расчёт упругопластической деформации микропрофиля при ортогональном стесненном нагружении // Вестник машиностроения. 2022. № 7. С. 80–84. https://doi.org/10.36652/0042-4633-2022-7-80-84. EDN: DRTPLH.
  12. Зайдес С.А., Нго Као Кыонг. Технологическая интенсификация напряженного состояния в стесненных усло виях локального нагружения // Вестник машиностроения. 2017. № 3. С. 5–8. EDN: YUPOWT.
  13. Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Интенсификация напряженного состояния в очаге деформации при локальном воздействии деформирующего инструмента // iPolytech Journal. 2022. Т. 26. № 4. С. 580–592. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2022-4-580-592.
  14. Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Оценка геометрических параметров отпечатка и давления в зоне контакта рабо чего инструмента при реверсивном поверхностном пластическом деформировании // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2023. № 3. С. 34–45. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2023-3-34-45. EDN: GBGOIO.
  15. Zaides S.A., Pham Van Anh. Improvement of calibrated steel quality by surface deformation. Part 1: Determination of the stress state of cylindrical parts during orbital surface deformation // Steel in Translation. 2020. Vol. 50. Iss. 11. Р. 745–749. https://doi.org/10.3103/S0967091220110145. EDN: QMCCKG.
  16. Zaides S.A., Le Hong Quang. State of stress in cylindrical parts during transverse straightening // Russian Metallurgy (Metally). 2019. Vol. 2019. Iss. 13. Р. 1487–1491. https://doi.org/10.1134/S003602951913041X. EDN: EDNMKQ.
  17. Vulykh N.V., Vulykh A.N. Computer simulation of microprofile strain under orthogonal impact at constrained load. Part 1 // Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering / eds. A.A. Radionov, V.R. Gasiyarov. Cham: Springer, 2021. Part 1. Р. 891–899. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54817-9_103.
  18. Вулых Н.В., Вулых А.Н. Численный расчет напряженно-деформированного состояния микропрофиля при оритогональном воздействии в условиях стесненного нагружения // iPolytech Journal. 2021. Т. 25. № 5. С. 538–548. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-5-538-548. EDN: EKZXRF.
  19. Vulykh N.V. Centrifugal rolling of flexible shafts for achieving best possible roughness of the surface // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). Lecture Notes in Mechanical Engineering / eds. A. Radionov, O. Kravchenko, V. Guzeev, Y. Rozhdestvenskiy. Cham: Springer, 2020. Vol. 2. P. 1079–1088. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_115.
  20. Лившиц О.П., Гридин Г.Д., Древин А.К. Влияние технологических факторов изготовления уплотнительных элементов на герметичность затворов сосудов высокого давления // Вестник машиностроения. 1978. № 11. С. 28–30.
  21. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука, 1970. 227 с. EDN: YKDVDD.
  22. Шнейдер Ю.Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и их эксплуатационные свойства. Л.: Машиностроение, 1972. 240 c.
  23. Chen Xiaolin, Liu Yiijun. Finite element modeling and simulation with ANSYS Workbench: CRC Press, 2014. 411 p.
  24. Nikolaeva E.P., Mashukov A.N. Evaluation of residual stresses in high-pressure valve seat surfacing // Chemical and Petroleum Engineering. 2017. Vol. 53. Iss. 7-8. P. 459–463. https://doi.org/10.1007/s10556-017-0363-1.
  25. Gridin G.D. New in development of high-pressure angle shutoff valves // Chemical and Petroleum Engineering. 2012. Vol. 47. Iss. 9-10. Р. 683–686. https://doi.org/10.1007/s10556-012-9532-4.
  26. Pogodin V.K., Belogolov Yu.I., Gozbenko V.E., Kargapoltsev S.K., Olentsevich V.A., Gladkih A.M. Calculation of sealing pressures of shut-off valves // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2021. Vol. 1064. Iss. 1. P. 012035. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1064/1/012035.
  27. Serebrennikova A.G., Nikolaeva E.P, Savilov A.V., Timofeev S.A., Pyatykh A.S. Research results of stressstrain state of cutting tool when aviation materials turning // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 944. Iss. 1. Р. 012104. https://doi.org/10.1088/1742-6596/944/1/012104.
  28. Никитин Г.С., Галкин М.П., Жихарев П.Ю. Влияние внеконтактных зон на усилия деформирования в процес сах обработки металлов давлением // Металлург. 2012. № 10. С. 61–65. EDN: PPLSWX.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).