Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами
Исследованы остаточные напряжения и циклическая прочность валов с зонами перекрытия, формируемыми при обкатке роликами. Показано, что наибольшее понижение усталостной прочности имеет место при наличии зоны перекрытия с участками, сформированными в результате снижения усилия обкатывания при вто...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47846 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами / В.В. Белозеров, А.И. Махатилова, В.В. Субботина // Проблемы прочности. — 2006. — № 3. — С. 144-148. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859863260774268928 |
|---|---|
| author | Белозеров, В.В. Махатилова, А.И. Субботина, В.В. |
| author_facet | Белозеров, В.В. Махатилова, А.И. Субботина, В.В. |
| citation_txt | Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами / В.В. Белозеров, А.И. Махатилова, В.В. Субботина // Проблемы прочности. — 2006. — № 3. — С. 144-148. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Исследованы остаточные напряжения и циклическая прочность валов с зонами перекрытия,
формируемыми при обкатке роликами. Показано, что наибольшее понижение усталостной
прочности имеет место при наличии зоны перекрытия с участками, сформированными в
результате снижения усилия обкатывания при втором проходе.
Досліджено залишкові напруження і циклічну міцність валів із зонами
перекриття, що формуються при обкатці роликами. Показано, що найбільше
міцність від утомленості зменшується за наявності зони перекриття з ділянками,
сформованими в результаті зниження зусиль обкатування при другому
проході.
We study the residual stresses and cyclic
strength of steel axles with overlapped surface
zones formed by the two-stage roller treatment.
It is shown that the most pronounced reduction
of fatigue strength occurs in the case where the
overlapped surface zone contains portions
formed during the second pass of roller treatment
with gradual decrease of roller pressure.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:46:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ
РАЗДЕЛ
УДК 669.245
Ц иклическая прочность деталей с зонами перекры тия,
сформированными при обкатывании роликами
В. В. Белозеров, А. И. М ахатилова, В. В. Субботина
Национальный технический университет “ХПИ”, Харьков, Украина
Исследованы остаточные напряжения и циклическая прочность валов с зонами перекрытия,
формируемыми при обкатке роликами. Показано, что наибольшее понижение усталостной
прочности имеет место при наличии зоны перекрытия с участками, сформированными в
результате снижения усилия обкатывания при втором проходе.
К лю ч е в ы е с ло в а : остаточные напряжения, циклическая прочность валов,
зоны перекрытия.
Проблема повышения прочности, надежности и долговечности ответст
венных тяжелонагруженных деталей машин из высокопрочных сталей при
обретает актуальность в связи с действием повторно-переменных нагрузок,
вызывающих усталостные явления.
Среди прогрессивных методов, направленных на увеличение надеж
ности и долговечности таких изделий, особое место занимает упрочнение
поверхностным пластическим деформированием (ППД) [1]. Благодаря высо
кой эффективности и технологичности методов ППД повышается резерв
качества изделий машиностроения за счет наклепа поверхностного слоя и
наведения в нем сжимающих остаточных напряжений [2].
Установлено [3], что, как правило, обкатывание за один проход, при
отсутствии перерывов в подаче и необкатанных зон, обеспечивает макси
мальное повышение циклической прочности [4]. Однако в случае длинно
мерных деталей или деталей сложной конфигурации, которые невозможно
или нецелесообразно обкатывать за один проход, обкатку проводят в не
сколько этапов. Например, при обкатывании детали с переходными галте
лями (типа торсионных валов) наиболее часто применяют обкатывание в два
этапа: отдельно обкатываются цилиндрическая часть и галтели. В этом
случае неизбежно формируются зоны перекрытия (ЗП) - участки детали,
упрочняемые дважды.
В зонах перекрытия всегда имеют место участки, сформированные при
нестабилизированном режиме обкатывания, - это участки начала и конца
обкатывания за один и два прохода. В этих участках обнаружена [5] неодно
родность распределения остаточных напряжений, что в результате оказывает
влияние на циклическую прочность деталей.
© В. В. БЕЛОЗЕРОВ, А. И. МАХАТИЛОВА, В. В. СУББОТИНА, 2006
144 Й'ОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3
Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия
Цель настоящей работы, исходя из существенного влияния остаточных
напряжений на циклическую прочность деталей после ППД, заключалась в
детальном исследовании остаточного напряженного состояния в зонах пере
крытия, сформированных по различным схемам обкатывания роликами, и
выяснении влияния зон перекрытия на циклическую прочность. Остаточное
напряженное состояние оценивалось по осевой составляющей остаточных
напряжений, которая является определяющей для деталей, работающих на
изгиб. Изучалось распределение осевых остаточных напряжений на поверх
ности вала вдоль его образующей.
Исследования проводили на валах из сталей 30ХГСН2А ( 0 30 мм) и
45ХНМФА ( 0 48 мм) в высокопрочном состоянии (НЯС 50-55). Обкатыва
ние осуществляли на трехроликовом гидравлическом приспособлении при
усилии Р = 10 кН, подаче Б = 0,35 мм/об, скорости обработки 350 об/мин,
диаметре ролика 60 мм и радиусе профиля 5 мм.
Остаточные макронапряжения определяли с использованием рентгенов
ской тензометрии методом многократных наклонных съемок [6]. Рентгенов
ские съемки осуществляли на дифрактометре типа ДРОН-3 в Ка-Сг излу
чении. Отражение (211) регистрировалось поточечно. Точность определения
напряжений была не хуже ±50 МПа.
Усталостные испытания проводили по схеме знакопостоянного плос
кого изгиба с коэффициентом асимметрии цикла Я = 0,25 на пульсаторе
МУП-30 с расположением зоны перекрытия в области действия постоянного
изгибающего момента. Определяли ограниченный предел выносливости на
базе 106 цикл. При формировании зоны перекрытия обеспечивалось как
резкое, так и плавное изменение усилий в начале и в конце обкатывания.
С помощью специально поставленных экспериментов показано, что
неоднородность распределения остаточных напряжений в зонах начала и
конца обкатывания при первом проходе ролика полностью устраняется
обкатыванием при втором проходе. Так, неравномерность распределения
остаточных напряжений по поверхности в зонах начала и конца обкатывания
[4], в зонах, сформированных без продольной подачи [3], устраняется при
втором проходе при тех же режимах обкатывания, при этом предел вынос
ливости соответствует обкатыванию образцов без наличия таких специфи
ческих зон. Отметим также, что характер разрушения в этом случае анало
гичен разрушению обкатанных образцов: очаг разрушения находится под
поверхностью на глубине 2-3 мм (в необкатанных образцах - на поверх
ности). Полученные данные однозначно свидетельствуют о том, что раз-
упрочняющее действие специфических зон, сформированных при первом
проходе, полностью устраняется при втором проходе. Это указывает на
достаточно высокую пластичность поверхностного слоя и на формирование
поля остаточных напряжений при последнем проходе.
Рассмотрим остаточное напряженное состояние в зонах начала и конца
обкатывания при втором проходе на предварительно обкатанной поверх
ности. На рис. 1 приведено распределение остаточных напряжений на
поверхности зоны перекрытия при резком и плавном повышении усилия в
начале обкатывания при втором проходе. Видно заметное изменение одно
родности распределения остаточных напряжений. Еще в большей степени
IS S N 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2006, № 3 145
В. В. Белозеров, Л. И. Махатилова, В. В. Субботина
проявляется неоднородность распределения остаточных напряжений при
резком и плавном снижении усилия в конце обкатывания при втором про
ходе (рис. 2).
0
ішшііііМ шпГ |]ТПїТшрТїїїїі!^ ш ш ш т Ш Ш Щ т щ *
...........I..—— 1го ло во 0 ,20 1 АО 60 0 20 АО ВО ВО ! г,ми
-1000
. 1
" 1
... | ..........
1 1
! !
Г "
і і і |
тС
2
-«00
-2000
1
1
... ...... I . !
і 1
і |
1
1 !
.......1-....1
...........г..................... і..............
і 1
І Л ч 1I
1
1
1
7 Т і
7 V Г
с б в
Рис. 1. Влияние скорости повышения усилия при втором проходе на распределение осевых
остаточных напряжений вдоль зоны двойного обкатывания, сталь 30ХГСН2А (зоны пере
крытия): а - резкое повышение усилия; б, в - плавное повышение усилия (1 - первый проход,
Р1 = 10 кН; 2 - второй проход, Р2 = 0...10 кН).
Рис. 2. Влияние скорости снижения усилия при втором проходе на распределение осевых
остаточных напряжений вдоль зоны двойного обкатывания, сталь 30ХГСН2А (зоны пере
крытия): а - резкое снижение усилия; б, в - плавное снижение усилия (1 - первый проход,
Р1 = 10 кН; 2 - второй проход, Р2 = 10...0 кН).
146 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3
Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия
Представляет интерес сопоставить пределы выносливости образцов,
упрочненных по приведенным выше схемам (таблица). Оценку проводили в
сравнении с исходным (без обкатывания) вариантом и с обкатыванием за
один проход с усилием 10 кН. Анализ данных таблицы показал, что:
обкатывание за один проход с усилием 10 кН повышает предел вынос
ливости валов на 60%;
повторное обкатывание с тем же усилием ^ = Р 2 = 10 кН не изменяет
величину предела выносливости. Этот результат позволяет рекомендовать
такую обработку для устранения каких-либо нарушений, допущенных при
первом проходе (обрыв обкатанного слоя, остановка обкатного ролика, обка
тывание изношенными роликами);
обкатывание с перекрытиями приводит к снижению предела вынос
ливости: наличие зоны перекрытия, сформированной в результате роста
усилия при втором проходе (начало обкатывания), снижает предел выносли
вости на 6...9%, уменьшение усилия при втором проходе (конец обкаты
вания) - на 28%. Плавное или резкое изменение усилия при втором проходе
отрицательно влияет на предел выносливости. Отметим, что качественно
аналогичные результаты получены на валах из стали 45ХНМФА.
Влияние технологической схемы обкатывания на усталостную прочность валов
из стали 30ХГСН2А
Технологическая
схема
Вариант обкатки
МПа
Поверхностное пластическое
деформирование без обкатывания
920 100 62,3
Обкатывание за один проход, Р = 10 кН 1480 160,6 100
Обкатывание за два прохода,
Р1 = 10 кН; Р2 = 10 кН
1480 160,6 100
Обкатывание за два прохода, Р = 10 кН. 1070 116,2
Резкое снятие усилия
Обкатывание за два прохода, Р = 10 кН. 1070 116,2
Плавное снятие усилия
Обкатывание за два прохода, Р = 10 кН. 1350 147
Резкий рост усилия
Обкатывание за два прохода, Р = 10 кН. 1400 152,2
Плавный рост усилия
72,4
72,4
91,2
94,2
Таким образом, при наличии зон перекрытия существенное снижение
циклической прочности наблюдается в случае если в зоне перекрытия
присутствует участок конца обкатывания при втором проходе. Обращает на
себя внимание тот факт, что очаг разрушения, при наличии зон перекрытия,
находится на поверхности в зоне начала или конца обкатывания. Различное
влияние зон начала или конца обкатывания при втором проходе на предел
выносливости обусловлено разными условиями формирования указанных
зон. В случае формирования зоны перекрытия в начале обкатывания волна
ISSN 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2006, № 3 147
В. В. Белозеров, Л. И. Махатилова, В. В. Субботина
пластически деформированного материала впереди ролика, перемещаясь,
выносится из зоны нагружения к краю образца. В случае формирования
зоны перекрытия в конце обкатывания волна пластически деформирован
ного материала остается в зоне нагружения. Наличие этой волны отрица
тельно влияет на циклическую прочность [7].
В ы в о д ы
1. Исследованы остаточные напряжения и циклическая прочность валов
с зонами перекрытия, формируемыми при обкатке роликами. Показано, что
наибольшее понижение усталостной прочности имеет место при наличии
зоны перекрытия с участками, сформированными в результате снижения
усилия обкатывания при втором проходе.
2. Экспериментально показано, что в зонах перекрытия отмечаются
нарушение однородности распределения остаточных напряжений по поверх
ности, а также локальные участки с низким уровнем сжимающих остаточ
ных напряжений, где и происходит усталостное разрушение.
3. Для обеспечения равнопрочности валов с зонами перекрытия необхо
димо предусматривать такую схему обкатывания, при которой в зоне пере
крытия исключается наличие участков конца обкатывания.
Р е з ю м е
Досліджено залишкові напруження і циклічну міцність валів із зонами
перекриття, що формуються при обкатці роликами. Показано, що найбільше
міцність від утомленості зменшується за наявності зони перекриття з ділян
ками, сформованими в результаті зниження зусиль обкатування при дру
гому проході.
1. К удрявцев И. В. Современное состояние и перспективы развития мето
дов повышения прочности деталей машин поверхностным пластическим
деформированием // Вестн. машиностроения. - 1970. - № 1. - С. 9 - 13.
2. К удрявцев И. В. Внутренние напряжения как резерв прочности в ма
шиностроении. - М.: Машгиз, 1951. - 278 с.
3. О динцов Л . Г . Упрочнение и отделка деталей поверхностным пласти
ческим деформированием: Справочник. - М.: Машиностроение, 1987. -
328 с.
4. Б елозеров В. В ., М ахат илова Л. И ., Туровский М . Л ., Ш иф рин Л. М.
Остаточные макронапряжения при обкатывании без продольной подачи
// Вестн. машиностроения. - 1986. - № 10. - С. 59 - 61.
5. Б елозеров В. В ., Л егейда С. Н ., М ахат илова Л. И. и др. Краевой эффект
при упрочнении деталей обкатыванием роликами // Там же. - 1993. -
№ 4. - С. 46 - 48.
6. В асильев Д . М . Методика рентгенографического измерения напряжений
// Завод. лаб. - 1965. - № 8. - С. 972 - 978.
7. Д ж онсон К. Механика контактного взаимодействия / Пер. с англ. - М.:
Мир, 1989. - 510 с.
Поступила 24. 12. 2003
148 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-47846 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:46:57Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Белозеров, В.В. Махатилова, А.И. Субботина, В.В. 2013-08-03T10:41:36Z 2013-08-03T10:41:36Z 2006 Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами / В.В. Белозеров, А.И. Махатилова, В.В. Субботина // Проблемы прочности. — 2006. — № 3. — С. 144-148. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47846 669.245 Исследованы остаточные напряжения и циклическая прочность валов с зонами перекрытия, формируемыми при обкатке роликами. Показано, что наибольшее понижение усталостной прочности имеет место при наличии зоны перекрытия с участками, сформированными в результате снижения усилия обкатывания при втором проходе. Досліджено залишкові напруження і циклічну міцність валів із зонами перекриття, що формуються при обкатці роликами. Показано, що найбільше міцність від утомленості зменшується за наявності зони перекриття з ділянками, сформованими в результаті зниження зусиль обкатування при другому проході. We study the residual stresses and cyclic strength of steel axles with overlapped surface zones formed by the two-stage roller treatment. It is shown that the most pronounced reduction of fatigue strength occurs in the case where the overlapped surface zone contains portions formed during the second pass of roller treatment with gradual decrease of roller pressure. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Производственный раздел Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами Application of moment-based finite element scheme to solving problems of the incremental theory of elasticity with pre-stresses Article published earlier |
| spellingShingle | Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами Белозеров, В.В. Махатилова, А.И. Субботина, В.В. Производственный раздел |
| title | Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами |
| title_alt | Application of moment-based finite element scheme to solving problems of the incremental theory of elasticity with pre-stresses |
| title_full | Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами |
| title_fullStr | Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами |
| title_full_unstemmed | Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами |
| title_short | Циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами |
| title_sort | циклическая прочность деталей с зонами перекрытия, сформированными при обкатывании роликами |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47846 |
| work_keys_str_mv | AT belozerovvv cikličeskaâpročnostʹdetaleiszonamiperekrytiâsformirovannymipriobkatyvaniirolikami AT mahatilovaai cikličeskaâpročnostʹdetaleiszonamiperekrytiâsformirovannymipriobkatyvaniirolikami AT subbotinavv cikličeskaâpročnostʹdetaleiszonamiperekrytiâsformirovannymipriobkatyvaniirolikami AT belozerovvv applicationofmomentbasedfiniteelementschemetosolvingproblemsoftheincrementaltheoryofelasticitywithprestresses AT mahatilovaai applicationofmomentbasedfiniteelementschemetosolvingproblemsoftheincrementaltheoryofelasticitywithprestresses AT subbotinavv applicationofmomentbasedfiniteelementschemetosolvingproblemsoftheincrementaltheoryofelasticitywithprestresses |