zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-9-64-71zldm-811Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ НАКЛЕПАННОГО СЛОЯ ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНОМ ОБКАТЫВАНИИ МАЛОЖЕСТКИХ ВАЛОВDETERMINATION OF THE DEPTH OF HARDENED LAYER AFTER CENTRIFUGAL ROLLING OF LOW-RIGID SHAFTSЗайдесС. А.ZaidesS. A.

Зайдес Семен Азикович.

Иркутск.

Semen A. Zaides.

Irkutsk.

zsa@istu.eduГорбуновА. В.GorbunovA. V.

Горбунов Андрей Владимирович.

Иркутск.

Andrew V. Gorbunov.

Irkutsk.

zsa@istu.eduИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation2018101020188496471Copyright © Зайдес С.А., Горбунов А.В., 20182018Зайдес С.А., Горбунов А.В.Zaides S.A., Gorbunov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/811

Рассмотрены вопросы повышения качества маложестких валов. Исследовано напряженное состояние их поверхностного слоя. Глубина упрочнения, величина и распределение остаточных напряжений в поверхностном слое оказывают непосредственное влияние на геометрическую стабильность валов. Основная задача упрочнения — обеспечение однородности напряженного состояния в объеме тела. Предложена новая конструкция обкатника центробежного типа для эффективного упрочнения маложестких валов. Введено понятие зоны взаимного влияния. Представлены расчетные зависимости для формирования оптимальной глубины упрочненного слоя маложестких валов. Изложены результаты экспериментальных исследований по определению глубины упрочнения в зависимости от частоты вращения центробежного обкатника. Результаты исследований показали, что качество обработки нежестких валов центробежным обкатником зависит от свойств и толщины зоны взаимного влияния, которая определяется средним размером зерна микроструктуры. Разработанная конструкция центробежного обкатника обеспечивает неизменность рабочего усилия, стабильность деформации и напряжений по длине упрочняемой заготовки. Теоретически и экспериментально подтверждена рациональная глубина упрочнения поверхностного слоя нежестких валов при отделочно-упрочняющей обработке поверхностным пластическим деформированием (ППД). Она не должна быть больше размера зоны взаимного влияния.

The issues regarding improving the quality of low-rigid shafts are considered through studying the stressed state of their surface layer. The depth of hardening, value and distribution of the residual stresses in the surface layer have a direct impact on the geometrical stability of low-rigid shafts. The main goal of hardening consists in providing the uniformity of the stressed state in the bulk. A novel design of a centrifugal roller is proposed to ensure effective hardening of low-rigid shafts. A notion of a mutual impact zone is introduced. Theoretical dependences providing determination of the optimal depth of the hardened layer of low-rigid shafts are presented. The experimental results regarding determination of the hardening depth as a function of the rotational frequency of a centrifugal roller are presented. The experimental data show that the quality of treating low-rigid shafts with a centrifugal roller depends on the characteristics and thickness of the mutual impact zone, which is determined by the average grain size of the microstructure. The developed design of a centrifugal roller provides an unchanged value of the working force, stability of deformation and stresses along the workpiece length. The optimal depth of hardening of the surface layer of low-rigid shafts attained upon finishing-hardening by surface plastic deformation (SPD), which is proved both theoretically and experimentally, should not exceed the size of the mutual impact zone.

маложесткий валцентробежный обкатникзона взаимного влиянияглубина упрочнениямикротвердостьшероховатостьlow-rigid shaftcentrifugal rollermutual impact zonedepth of hardeningmicro-hardnessroughnessReferencesПапшев Д. Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. — М.: Машиностроение, 1978. — 152 с.Papshev D. D. Finishing-strengthening processing with superficial plastic deformation. — Moscow: Mashinostroenie, 1978. — 152 p. [in Russian].Емельянов В. Н. Правка деталей машин поверхностным пластическим деформированием. — Новгород: НовГУ, 1996. — 127 с.Emel’yanov V. N. Dressing of machines parts by surface plastic deformation. — Novgorod: NovGU, 1996. — 127 p. [in Russian].Зайдес С. А., Мураткин Г. В. Упрочнение, восстановление, правка валов. — Иркутск: ИрГТУ, 2005. — 336 с.Zaides S. A., Muratkin G. V. Hardening, restoration, correction of shafts. — Irkutsk: IrGTU, 2005. — 336 p. [in Russian].Шнейдер Ю. Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и их эксплуатационные свойства. — Л.: Машиностроение, 1972. — 240 с.Shneider Yu. G. Formation of regular micro relief on the parts and their exploitation properties. — Leningrad: Mashinostroenie, 1972. — 240 p. [in Russian].Зайдес С. А., Нгуен Ван Хуан. Влияние остаточных напряжений на изгибную жесткость длинномерных валов / Вестник ИрГТУ. 2015. № 9. С. 45 – 49.Zaides S. A., Nguen Van Khuan. Residual stress on long-length shaft bending stiffness / Vestn. IrGTU. 2015. N 9. P. 45 – 49 [in Russian].Технологические остаточные напряжения / Под ред. А. В. Подзея. — М.: Машиностроение, 1973. — 216 с.Technological residual stresses / Podzei A. V. (ed.). — Moscow: Mashinostroenie, 1973. — 216 p. [in Russian].Сулима А. М., Шулов В. А., Ягодкин Ю. Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. — М.: Машиностроение, 1988. — 240 с.Sulima A. M., Shulov V. A., Yagodkin Yu. D. Surface layer and exploitation properties of machines parts. — Moscow: Mashinostroenie, 1988. — 240 p. [in Russian].Смелянский В. М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. — М.: Машиностроение, 2002. — 299 с.Smelyanskii V. M. Mechanics of parts hardening by surface plastic deformation. — Moscow: Mashinostroenie, 2002. — 299 p. [in Russian].Дрозд М. С., Сидякин Ю. И. Метод оптимизации технологических параметров режима упрочняющего обкатывания деталей роликами / Вестник машиностроения. 1984. № 1. С. 26 – 28.Drozd M. S., Sidyakin Yu. I. Optimization method of process parameters of a hardening rolling mode of parts by rollers / Vestn. Mashinostr. 1984. N 1. P. 26 – 28 [in Russian].Коновалов Е. Г., Сидоренко В. А. Чистовая и упрочняющая ротационная обработка поверхностей. — Минск: Вышэйшая школа, 1968. — 363 с.Konovalov E. G., Sidorenko V. A. Pure and hardening rotary surface treatment. — Minsk: Vyshйishaya shkola, 1968. — 363 p. [in Russian].Коновалов Е. Г., Чистосердов П. С., Флюмбенблит А. И. Ротационная обработка поверхностей с автоматической подачей. — Минск: Вышэйшая школа, 1976. — 190 с.Konovalov E. G., Chistoserdov P. S., Flyumbenblit A. I. Rotary surface treatment with automatic feed. — Minsk: Vyshйishaya shkola, 1976. — 190 p. [in Russian].Дрозд М. С. Определение механических свойств металла без разрушения. — М.: Металлургия, 1985. — 171 с.Drozd M. S. Determination of mechanical properties of a metal without destruction. — Moscow: Metallurgiya, 1985. — 171 p. [in Russian].Дрозд М. С., Сидякин Ю. И., Осипенко А. П., Волынов А. Н. Расчет глубины пластической деформации при упрочнении деталей ППД / Вестник машиностроения. 1979. № 1. С. 19 – 23.Drozd M. S., Sidyakin Yu. I., Osipenko A. P., Volynov A. N. The calculation of plastic deformation depth during parts hardening by SPD / Vestn. Mashinostr. 1979. N 1. P. 19 – 23 [in Russian].Ефремова Е. А., Журавлев А. З. Глубина упрочненного слоя при поверхностной пластической деформации (обзор) / Прогрессивная отделочно-упрочняющая технология. — Ростов-н/Д.: РИСХМ, 1980. С. 48 – 56.Efremova E. A., Zhuravlev A. Z. The depth of a hardening layer after surface plastic deformation (review) / Progressive finishing-strengthening technology. — Rostov-on-Don: RISKhM, 1980. P. 48 – 56 [in Russian].Пат. 2124431 Российская Федерация, МКИ3 кл. 6В 24 В 39/4. Станок для отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических изделий / Зайдес С. А. — № 97105098/02; заявл. 21.03.97; опубл. 10.01.99. Бюл. № 1.RF Pat. 2124431, MKI3 kl. 6V 24 V 39/4. Machine for finishing and hardening of cylindrical products / Zaides S. A. — N 97105098/02; appl. 21.03.97; publ. 10.01.99. Byull. N 1 [in Russian].Балтер М. А. Упрочнение деталей машин. — М.: Машиностроение, 1978. — 184 с.Balter M. A. Hardening of machines parts. — Moscow: Mashinostroenie, 1978. — 184 p. [in Russian].Федюкин В. К., Смагоринский М. Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. — М.: Машиностроение, 1989. — 255 с.Fedyukin V. K., Smagorinskii M. E. Thermocycle treatment of metals and machine parts. — Moscow: Mashinostroenie, 1989. — 255 p. [in Russian].Хенкин М. Л., Локшин И. Х. Размерная стабильность металлов и сплавов в точном машиностроении и приборостроении. — М.: Машиностроение, 1974. — 254 с.Khenkin M. L., Lokshin I. Kh. Dimensional stability of metals and alloys in the precision engineering and instrument. — Moscow: Mashinostroenie, 1974. — 254 p. [in Russian].Жуков В. А., Виноградова Н. В., Маринец Т. К. Масштабный фактор и структура металлов / Тр. ЛПИ. 1981. С. 57 – 61.Zhukov V. A., Vinogradova N. V., Marinets T. K. Scale factor and metal structure / Tr. LPI. 1981. P. 57 – 61 [in Russian].Hiroshi F. Effect of boundaries on plastic deformation / J. Mater. Sci. Jap. 1980. Vol. 17. N 5. P. 196 – 205.Hiroshi F. Effect of boundaries on plastic deformation / J. Mater. Sci. Jap. 1980. Vol. 17. N 5. P. 196 – 205.Miyazaki S., Shibata K., Fujita H. Effect of specimen thickness on mechanical properties of polycrystalline aggregates with various grain sizes / Acta Metallurgica. 1979. Vol. 27. N 5. P. 855 – 862.Miyazaki S., Shibata K., Fujita H. Effect of specimen thickness on mechanical properties of polycrystalline aggregates with various grain sizes / Acta Metallurgica. 1979. Vol. 27. N 5. P. 855 – 862.Зайдес С. А., Горбунов А. В. Определение механических свойств поверхностного слоя маложестких валов, упрочненных поверхностным пластическим деформированием / Упрочняющие технологии и покрытия. 2015. № 3. С. 15 – 19.Zaides S. A., Gorbunov A. V. Determining of the surface layer mechanical properties of the non-rigid shafts hardening by surface plastic deformation / Uprochn. Tekhnol. Pokryt. 2015. N 3. P. 15 – 19 [in Russian].Зайдес С. А., Горбунов А. В. Повышение качества валов малой жесткости центробежным обкатыванием / Вестник машиностроения. 2015. № 12. С. 72 – 77.Zaides S. A., Gorbunov A. V. Increase of quality of low-stiff shafts by centrifugal rolling / Vestn. Mashinostr. 2015. N 12. P. 72 – 77 [in Russian].Norstrem L. A., Iachasson D. Surface yield strength and flow stress in high-strength martencitic steel / Scfnd. J. Mat. 1983. Vol. 12. N 1. P. 37 – 39.Norstrem L. A., Iachasson D. Surface yield strength and flow stress in high-strength martencitic steel / Scfnd. J. Mat. 1983. Vol. 12. N 1. P. 37 – 39.Алехин В. П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. — М.: Наука, 1983. — 280 с.Alekhin V. P. Physics of strength and ductility of surface layer materials. — Moscow: Nauka, 1983. — 280 p. [in Russian].Балохонов Р., Болеста А., Бондарь М. Поверхностные слои и внутренние границы раздела в гетерогенных материалах. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. — 520 с.Balokhonov R., Bolesta A., Bondar’ M. The surface layers and internal interfaces in heterogeneous materials. — Novosibirsk: Izd. SO RAN, 2006. — 520 p. [in Russian].Жуков В. А., Виноградова Н. В., Маринец Т. К. Масштабный фактор и структура металлов / Тр. ЛПИ. 1981. С. 57 – 61.Zhukov V. A., Vinogradova N. V., Marinets T. K. Scale factor and metal structure / Tr. LPI. 1981. P. 57 – 61 [in Russian].Панин В., Гриняев Ю. Физическая мезомеханика — новая парадигма на стыке физики и механики деформируемого твердого тела / Физ. мезомех. 2003. Т. 6. № 4. С. 9 – 36.Panin V., Grinyaev Yu. Physical mesomechanics: a new paradigm at the interface of solid state physics and solid mechanic / Fiz. Mezomekh. 2003. Vol. 6. N 4. P. 9 – 36 [in Russian].Пшибыльский В. Технология поверхностной пластической обработки: Пер. с польск. — М.: Металлургия, 1991. — 79 с.Pshibyl’skii V. Technology of surface plastic treatment. — Moscow: Metallurgiya, 1991. — 79 p. [Russian translation].Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. — М.: Машиностроение, 2000. — 318 с.Suslov A. G. The quality o machines parts surface layer. — Moscow: Mashinostroenie, 2000. — 318 p. [in Russian].Дрозд М. С., Матлин М. М., Сидякин Ю. И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации. — М.: Машиностроение, 1986. — 224 с.Drozd M. S., Matlin M. M., Sidyakin Yu. I. Engineering culculation of elasto-plastis contact deformation. — Moscow: Mashinostroenie, 1986. — 224 p. [in Russian].Зайдес С. А., Горбунов А. В. Научно-обоснованное определение оптимальных параметров качества поверхностного слоя маложестких валов при центробежном обкатывании / Наукоемкие технологии в машиностроении. 2016. № 6. С. 28 – 34.Zaides S. A., Gorbunov A. V. Science-based determination of optimal quality parameters of non-rigid shafts’ surface layer after centrifugal rolling / Naukoem. Tekhnol. Mashinostr. 2016. N 6. P. 28 – 34 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.