Моделирование процесса формирования напряженно-деформированного состояния при поверхностной закалке

Максимальное действующее усилие в момент времени t1:  Fmax = 81.08521 Н.

10.  Статическое усилие:  Fct = 5.876881 (Н)

11. Диаметр остаточного пластического отпечатка: dotp =  1.780945E-04 м

1.5. Графики

По полученным данным построим графики.

График 1. Зависимость динамического усилия  Fmax от статического Fct.

График 2. Зависимость диаметра отпечатка dotp от статического усилия Fct

График 3. Зависимость максимальной глубины внедрения деформатора

h_max от статического усилия F_ct

 

График 4. Изменения динамического усилия F  в периоде контакта инструмента

 с деталью (t₀ - t₂) для режима Q₀ = -60°

График 5. Изменения глубины внедрения деформатора h  в периоде контакта

инструмента с деталью t₀ - t₂ для режима Q₀ = -60°

1.6. Оценка характеристик качества обработки

1. Предельные значения параметра шероховатости поверхности при Fct min 

Rz = h_max- h_za=

и при Fct max :

Rz = 

2. Предельные значения величины упрочненного слоя hs при Fct min 

h_S=1,25dotp=

и при F ct max

h_S=

1.7 Вывод.

В процессе моделирования УЗО Стали 55 деформатором с D=9,5 мм и амплитудой колебаний A=6,4 мкм с частотой максимальное динамическое усилие Fmax изменялась в зависимости от угла колебаний Q в диапазоне от 81,085 Н до 1026 Н. Максимальный диаметр отпечатка зависящий от статического усилия достиг значения 0,63 мм. Наибольшая глубина внедрения деформатора в поверхностный слой детали за период контакта 10,565 мм. В результате моделирования были выявлены следующие закономерности: при угле колебаний 60° шероховатость была минимальной Rz=0,424 мкм, а при угле -60° шероховатость составила наибольшее значение Rz=10,5 мкм. Величина упрочнённого слоя так же возрастает с изменением угла Q.

2. Моделирование напряженно-деформированного состояния деталей при ультразвуковом пластическом деформировании по схеме УЗО

2.1.Классификация и причины возникновения остаточных напряжений

Долговечность деталей, работающих в условиях критических условиях определяется благоприятным распределением остаточных напряжений.

       Остаточные напряжения возникают в деталях после технологических операций и по своей величине могут превышать напряжения, создаваемые внешними нагрузками. Релаксация остаточных напряжений может вызывать коробления деталей, негативно влияющие на точность формы и расположения их поверхностей.

       Образование остаточных напряжений связано в основном с неоднородным распределением деформаций по объему детали. При обработке деталей методами пластической деформации возникновение остаточных напряжений обусловлено деформацией поверхностных слоев материала.

По классификации Н.Н. Давиденкова, остаточные напряжения делятся на напряжения первого, второго и третьего рода. Напряжения первого рода (макронапряжения) уравновешиваются в объеме всего тела. Напряжения второго рода (микронапряжения) уравновешиваются в объеме отдельных зерен. Напряжения третьего рода (субмикронапряжения) локализуются в объеме кристаллической решетки и представляют собой статические искажения решетки, т.е. смещения атомов на доли ангстрема из узлов кристаллической решетки.

Основное влияние на механические свойства поверхностного слоя и выносливость деталей оказывают остаточные напряжения первого рода. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только их.

Рисунок 4. Схема образования остаточных напряжений при УЗО

При ультразвуковом пластическом деформировании образование остаточных напряжений и деформаций происходит в результате прохождения  элементарного объема материала через очаг деформации. В течение времени контакта элементарные объемы материала, попадающие в очаг деформации, испытывают напряжения, превышающие предел текучести, приводящие к упругопластической деформации материала, пластическая составляющая которой остается после снятия нагрузки.

В тоже время в элементарных объемах материала, лежащих ниже очага деформации, возникают напряжения,  не  превышающие  предел  текучести,  создающие упругие деформации. После снятия нагрузки упругодеформированные объемы стремятся возвратиться в исходное положение, чему препятствуют пластически-деформированные объемы, бывшие в очаге деформации. В результате в последних возникают остаточные сжимающие напряжения.

2.2. Описание модели и алгоритма расчета

Воспользуемся допущением, что при изгибе продольные волокна не надавливают друг на друга, тогда можно считать, что слои испытывают простое растяжение (сжатие) и подчиняются закону Гука для линейного напряженного состояния