Effect of the sector radius of a workpiece-deforming tool on the stress-strain state in the contact zone with a cylindrical surface

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper aims to determine the effect of the sector radius of a workpiece-deforming tool on the stress-strain state in the center of elastoplastic deformation and residual stresses in the hardened zone of the surface layer of cylindrical workpieces. A mathematical model of local loading was constructed using the finite element method and AN-SYS software. This model was used to determine the values of temporary and residual stresses and deformations, as well as the depth of plastic zone, depending on the sector radius of the working tool. The simulation results showed that, under the same loading of a cylindrical surface, working tools with different sector radii create different maximum tempo-rary and residual stresses. An assessment of the stress state was carried out for situations when the surface layer of a product is treated by workpiece-deforming tools with a different shape of the working edge. It was shown that, compared to a flat tool, a decrease in the radius of the working sector from 125 to 25 mm leads to an increase in the maximum temporary and residual stresses by 1.2–1.5 times, while the plastic zone depth increases by 1.5–2.4 times. The use of a working tool with a flat surface for hardening a cylindrical workpiece ensures minimal temporary residual stresses, com-pared to those produced by a working tool with a curved surface. A decrease in the radius of the working sector leads to an increase in temporary residual stresses by 2–7%. The plastic zone depth ranges from 1.65 to 2.55 mm when chang-ing the sector radius of the working tool.

About the authors

S. A. Zaides

Irkutsk National Research Technical University

Author for correspondence.
Email: zsahaus@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7750-7497

Quan Minh Ho

Irkutsk National Research Technical University

Email: minhquanho2605@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0488-0290

Nghia Duc Mai

Air Force Officer's college

Email: nghiamaiduc@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6124-3231

References

  1. Одинцов Л. Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.
  2. Зайдес С. А., Забродин В. А., Мураткин В. Г. Поверхностное пластическое деформирование. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2002. 304 с.
  3. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320 с.
  4. Блюменштейн В. Ю., Смелянский В. М. Механика технологического наследования на стадиях обработки и эксплуатации деталей машин. М.: Машиностроение, 2007. 399 с.
  5. Пат. № 2657263, Российская Федерация, C1, МПК В24В 39/04. Способ поверхностного пластического деформирования / С. А. Зайдес, Ван Хинь Нгуен, Дак Фыонг Фам; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский национальный исследовательский технический университет». Заявл. 31.05.2017; опубл. 09.06.2018.
  6. Бубнов А. С. Технологические возможности процесса правки маложестких цилиндрических деталей стесненным сжатием // Вестник ИрГТУ. 2006. № 4. С. 68–75.
  7. Rayhan S. B., Rahman M. M. Modeling elastic properties of unidirectional composite materials using Ansys Material Designer // Procedia Structural Integrity. 2020. Vol. 28. P. 1892–1900. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2020.11.012.
  8. Ablieieva I., Plyatsuk L., Roi I., Chekh O., Gabbassova S., Zaitseva K., et al. Study of the oil geopermeation pat-terns: A case study of ANSYS CFX software application for computer modeling // Journal of Environmental Man-agement. 2021. Vol. 287. Р. 112347. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112347.
  9. Букатый А. С. Повышение точности изготовления ответственных деталей двигателей средствами статического и динамического моделирования // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017. Т. 16. № 6. С. 374–377.
  10. Иванова Л. Н. Деформация валов и опор цилиндрических редукторов как фактор влияния на нагрузочную способность передачи // Вестник машиностроения. 2002. № 11. С. 17–22.
  11. Wu Izhan, Liu Huaiju, Wei Peitang, Lin Qinjie, Zhou Shuangshuang. Effect of shot peening coverage on residual stress and surface roughness of 18CrNiMo7-6 steel // International Journal of Mechanical Sciences. 2020. Vol. 183. Р. 105785. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105785.
  12. Li Shen, Kim Do Kyun, Benson S. The influence of residual stress on the ultimate strength of longitudinally compressed stiffened panels // Ocean Engineering. 2021. Vol. 231. Р. 108839. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.108839.
  13. Поляк М. С. Технология упрочнения. В 2 т., т. 2. М.: Машиностроение, 1995. 688 с.
  14. Зайдес С. А., Нго Као Кыонг. Оценка напряженного состояния при стесненных условиях локального нагружения // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 10. С. 6–9.
  15. Wildemann V. E., Lomakin E. V., Tretyakov M. P. Postcritical deformation of steels in plane stress state // Mechanics of Solids. 2014. Vol. 49. Iss. 1. P. 18–26. https://doi.org/10.3103/S0025654414010038.
  16. Смелянский В. М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. 300 с.
  17. Syrigou M., Dow R. S. Strength of steel and aluminium alloy ship plating under combined shear and compres-sion/tension // Engineering Structures. 2018. Vol. 166. P. 128–141.
  18. Попов М. Е., Асланян И. Р., Бубнов А. С., Емельянов В. Н.. Обработка деталей поверхностным пла-стическим деформированием: монография / под ред. С. А. Зайдеса. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. 560 с.
  19. Zhou Changping, Jiang Fengchun, Xu De, Guo Chunhuan, Zhao Chengzhi, Wang Zhenqiang, et al. A calculation model to predict the impact stress field and depth of plastic deformation zone of additive manufactured parts in the process of ultrasonic impact treatment // Journal of Materials Processing Technology. 2020. Vol. 280. Р. 116599. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116599.
  20. Ma Chi, Suslov S., Ye Chang, Dong Yalin. Improving plasticity of metallic glass by electropulsing-assisted surface severe plastic deformation // Materials & Design. 2019. Vol. 165. Р. 107581. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107581.
  21. Вулых Н. В., Щадов И. И. Анализ упругого напряженно-деформированного состояния моделируемых микронеровностей упрочняемых поверхностей // Жизненный цикл конструкционных материалов: матер. IV Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2014. С. 290–297.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).