Исследование влияния безабразивной ультразвуковой финишной обработки на остаточные напряжения в титановой заготовке методом конечно-элементного компьютерного моделирования

Аннотация

Величина и знак поверхностных остаточных напряжений являются одними из ключевых факторов, влияющих на сопротивление усталости деталей из металлов и сплавов, в особенности, работающих в условиях активных циклических нагрузок. Так, повышению сопротивления усталости способствует создание на поверхности детали сжимающих остаточных напряжений, например, с помощью метода безабразивной ультразвуковой финишной обработки (БУФО). Данная работа посвящена исследованию напряженно-деформированного состояния (НДС) очага деформации заготовки из титанового сплава марки ВТ6, подвергнутой БУФО. Анализ НДС проведен с помощью конечно-элементного компьютерного моделирования в упругопластической постановке задачи после однократного удара деформирующего индентора с последующей разгрузкой. В ходе исследования рассмотрено влияние амплитуды колебаний индентора и его геометрических характеристик на осевые остаточные напряжения, глубину их залегания, среднее нормальное напряжение и интенсивность деформации. Анализ результатов моделирования показывает, что с увеличением радиуса индентора увеличивается значение интенсивности деформации (e). Характер распределения параметра e – градиентный с уменьшением значений от поверхности к центру заготовки. Показано, что осевые остаточные напряжения в области очага деформации при БУФО преимущественно сжимающие, что способствует увеличению сопротивления усталости готового изделия. Из анализа полученных данных видно, что с увеличением амплитуды колебаний индентора увеличиваются значения сжимающих осевых остаточных напряжений, достигая максимальных значений 1300 МПа при амплитуде 100 мкм и инденторе R1. Глубина залегания этих напряжений при этом достигает 0,5 мм.