Численное исследование напряженно-деформированного состояния заготовки в контактной задаче поверхностного дорнования отверстий

В последние годы экономический фактор играет все более важную роль при выборе технологий изготовления деталей машин с заданными значениями нормируемых параметров геометрической точности и качества рабочих поверхностей. Применительно к процессам поверхностного пластического деформирования это проявляется в поиске эффективных приемов управления трением в паре «инструмент – заготовка», которое, в конечном итоге, определяет картину распределения и величину напряжений и деформаций в заготовке и инструменте. Получить строгое аналитическое решение задачи по установлению связи между условиями на поверхности, трением и напряженно-деформированным состоянием контактируемых тел не представляется возможным. В этой связи на передний план выходит построение математических моделей, решение которых возможно численными методами. В статье приводятся результаты численного исследования (вычислительного эксперимента) конечно-элементной модели деформирования заготовки в различных условиях контактного взаимодействия и трения одним из методов поверхностного пластического деформирования – поверхностным дорнованием отверстий. Критерием оценки условий контактного взаимодействия и трения выбран коэффициент трения. Показано, что изменение коэффициента трения в процессе поверхностного дорнования не оказывает заметного влияния на формирование поля напряжений в деформируемой заготовке как в осевом, так и в радиальном и окружном направлениях. Вместе с тем при повышении коэффициента трения в паре «инструмент – заготовка» и соответственно силы механического сопротивления деформации заготовки наблюдается их рост. Вычислительным экспериментом подтверждено наличие внеконтактных деформаций заготовки и инструмента при поверхностном дорновании, а также снижение величины остаточных деформаций в заготовке с уменьшением коэффициента трения. Оценка баланса перемещений контактных поверхностей заготовки (внутренняя поверхность обрабатываемого отверстия) и инструмента показала, что деформации инструмента в упругой области могут привести к существенному снижению реального натяга поверхностного дорнования отверстий.

1. Проскуряков, Ю. Г. Дорнование отверстий / Ю. Г. Про-скуряков. М.; Свердловск: Машгиз, 1961. 192 с.

2. Проскуряков, Ю. Г. Технология упрочняюще-калибрующей и формообразующей обработки металлов / Ю. Г. Проскуряков. М.: Машиностроение, 1971. 208 с.

3. Монченко, В. П. Эффективная технология производства полых цилиндров / В. П. Монченко. М.: Машиностроение, 1980. 248 с.

4. Розенберг, А. М. Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания / А. М. Розенберг, О. А. Розенберг. Киев: Наукова думка, 1990. 320 с.

5. Проскуряков, Ю. Г. Дорнование цилиндрических отверстий с большими натягами / Ю. Г. Проскуряков, Г. И. Шельвинский. Ростов: Изд-во Ростовского ун-та, 1982. 168 с.

6. Исаев, А. Н. Совершенствование процессов дорнования отверстий трубчатых заготовок / А. Н. Исаев. Ростов н/Д., 2005. 399 с.

7. Охотин, И. С. Дорнование глубоких отверстий малого диаметра в полых толстостенных цилиндрах с большими натягами / И. С. Охотин. Томск, 2010. 16 с.

8. Янченко, И. И. Технологические основы обработки точных отверстий дорнованием: в 2 ч. / И. И. Янченко, В. В. Тарасов, Н. С. Сивцев. Ижевск: Изд-во ИПМ УрО РАН, 2002. Ч. 1. Теория управления контактно-кинематическими условиями при дорновании. 138 с.

9. Янченко, И. И. Технологические основы обработки точных отверстий дорнованием: в 2 ч. / И. И. Янченко, В. В. Тарасов, Н. С. Сивцев. Ижевск: Изд-во УдНЦ УрО РАН, 2002. Ч. 2. Влияние контактно-кинематических условий на качество деталей и соединений. 163 с.

10. Сорокин, В. М. Особенности обработки цилиндрических отверстий в деталях дорнованием (протягиванием) с противодавлением технологических жидкостей / В. М. Сорокин, Н. М. Тудакова, В. В. Крайнов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2015. № 4. С. 13–17.

11. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич; пер. с англ. под ред. Б. Е. Победри. М.: Мир, 1975. 541 с.

12. Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация / О. Зенкевич, К. Морган; пер. с англ. под ред. Н. С. Бахвалова. М.: Мир, 1986. 318 с.

13. Maga, D. Numericke Riesenia / D. Maga, R. Hartyansky. Brno, Czech Rep.: Univerzita Obrany, 2006. 174 p.

14. Галлагер, Р. Метод конечных элементов. Примеры / Р. Галлагер; пер. с англ. М.: Мир, 1984. 428 с.

15. Лузгин, А. А. Теоретические основы математического моделирования процесса калибровки отверстий в режиме жидкостного трения / А. А. Лузгин. Ижевск, 2006. 138 с.

16. Тудакова, Н. М. Моделирование процессов комплексной обработки отверстий / Н. М. Тудакова, О. И. Кутилова, В. В. Крайнов // Труды НГТУ имени Р. Е. Алексеева. 2012. Т. 94, № 1. С. 87–93.

17. Лебедев, А. Р. Моделирование геометрических параметров очага деформирования при дорновании отверстий / А. Р. Лебедев, А. Н. Исаев, С. В. Власкин // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: сб. статей 11 Междунар. науч.-практ. конф. в рамках Междунар. агропром. выставки «Интерагромаш-2018». С. 186–189.

18. Математическая модель для прогнозирования сил дорнования отверстий инструментом с регулярной микрогеометрией поверхности в условиях давления металлоплакирующих смазок / А. В. Щедрин [и др.] // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2019. № 2. С. 71–76.

19. Тарасов, В. В. Моделирование трения в технологических процессах обработки металлов / В. В. Тарасов, Н. С. Сивцев. Ижевск: ИПМ УрО РАН, 2006. 166 с.

20. Václav, S. Investigation of Stress-Strain State of the Workpiece when the Gauge Processing in her Holes Burnishing / S. Václav, N. S. Sivtsev, K. Senderská // Advances in Science and Technology Research Journal. 2017. Vol. 11, No 3. Р. 211–222. https://doi.org/10.12913/ 22998624/76093.

21. Полухин, И. П. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов / И. П. Полухин, Г. Я. Гун, А. М. Галкин. М.: Металлургия, 1976. 488 с.