АНАЛІТИЧНИЙ РОЗВ’ЯЗОК ЗАДАЧІ ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ У ВАЛАХ ПІСЛЯ ЗМІЦНЮВАЛЬНОЇ ОБРОБКИ МЕТОДАМИ ППД

Анотація

Стаття присвячена аналітичному розв’язку задачі визначення залишкових напружень у валах після зміцнювальної обробки методами поверхневого пластичного деформування (ППД). Вал є важливою деталлю у машинобудуванні, його довговічність залежить від стану поверхневого шару. Поверхневе пластичне деформування є ефективним способом фінішної обробки. Суть методу полягає в ущільненні структури металу інструментом без зняття шару матеріалу. У результаті підвищується твердість, формуються стискуючі залишкові напруження, зростає опір втомному руйнуванню. Серед методів ППД особливо поширеним є обкатування роликом. Для маложорстких валів цей метод потребує уточненого розрахунку параметрів. Метою дослідження є отримання аналітичних виразів для осьових, тангенціальних та радіальних залишкових напружень на будь-якій глибині пластично деформованого шару. Розв’язок побудовано на основі диференціального рівняння рівноваги з урахуванням заміни радіальної координати. Введено параметр λ(z) залишкового січного модуля зсуву зміцненого шару. Він описує нелінійну поведінку матеріалу в зоні деформації. Встановлено, що радіальні залишкові напруження мають додатний знак. На поверхні вони дорівнюють нулю, а зі збільшенням глибини зростають до максимуму на межі пластично деформованого шару. Тангенціальні та осьові напруження мають від’ємний знак і відповідають стиску по всій товщині зміцненої зони. Виявлено, що одноразове статичне навантаження не відтворює реальних умов обкатування. У процесі зміцнення виникають зсувні деформації в напрямках подачі та кочення ролика. Вони збільшують градієнт твердості та зменшують радіальну деформацію на 15-20% порівняно з розрахунковими даними. Врахування цих ефектів суттєво покращує відповідність теоретичних епюр експериментальним результатам. Запропонований підхід викладено у формі, зручній для практичного застосування. На його основі можна обґрунтовано призначати режими ППД такі як силу обкатування, параметри інструмента, подачу. Це дозволяє формувати у поверхневому шарі валів систему стискуючих напружень потрібної інтенсивності.