Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Поверхностное пластическое деформирование (ППД) чеканкой является наиболее эффективным способом, позволяющим получить значительную глубину наклепанного слоя (свыше 10 мм) без больших статических усилий с использованием относительно простых чеканочных приспособлений [1, 2]. Для эффективного применения технологии проковки для управления напряженно-деформированным состоянием (НДС) материала, в том числе, наплавленных поверхностей необходимо исследование режимов проковки.
При вдавливании сферического индентора сначала происходит упругая деформация поверхности, а затем пластическая. Остаточная пластическая деформация выражается в размере отпечатка.
По формулам, приведенным в работе [3], найдены зависимости глубины наклепа от глубины вдавливания сферического индентора и построены графики зависимости глубины наклепа при разной степени пластического деформирования для инденторов диаметром 4, 6, 8, 10 мм.
Поскольку согласно формулам, приведенным в [3], физико-механические свойства обрабатываемого материала не учитываются, процесс вдавливания сферического индентора в стальной образец в программе ANSYS моделируется методом конечного элементного анализа [4]. Расчетная модель была создана в программе SolidWorks, а затем импортирована в ANSYS. В качестве материала индентора была взята сталь ШХ15 (коэффициент Пуассона 0,3), а в качестве материала модели была взята низкоуглеродистая сталь.
Была заложена билинейная диаграмма деформирования, которая в программе задается модулем упругости, пределом текучести и коэффициентом Пуассона. На следующем этапе сгенерирована конечно-элементная сетка методом Hex Dominant Method, разбившая модель на элементы в форме гексаэдров различной величины. В области контакта размер конечных элементов составил 0,2 мм. Задавалась глубина вдавливания сферического индентора диаметром 4, 6, 8, 10 мм, соответствующая разной степени пластического деформирования в диапазоне 0,3...0,7, а затем измерялась глубина, на которой напряжения сжатия превышали предел текучести для низкоуглеродистой стали.
Получены значения глубины залегания напряжений сжатия при разной степени пластического деформирования.
Например, для бойка диаметром 8 мм при степени пластического деформирования 0,7 аналитически глубина наклепа составила 8,4 мм, а численно — 9,05 мм.
Была определена погрешность между аналитическими и численными расчетами для глубины наклепа.
Приведенные расчеты показали что, для бойков диаметром 8 и 10 мм при большой степени пластического деформирования (0,6–0,7) различия в результатах могут достигать 14 %. Это может быть вызвано тем, что учитывались свойства материала модели.
Также, большое значение имеет диаметр шара. С увеличением диаметра бойка происходит рост контактной поверхности, увеличивается глубина наклепа.
Сопоставление результатов аналитических расчетов и численного моделирования показали, что в первом приближении оценка глубины наклепа может быть оценена по зависимостям, приведенным в [3].
Результаты аналитических расчетов могут быть скорректированы посредством введения в формулы эмпирических коэффициентов.
Разработанная модель может быть применена при прогнозировании глубины наклепа с целью управления НДС, в том числе наплавленных поверхностей.
