89 / 457
Современные технологии и автоматизация в машиностроении
89
неравномерному распределению остаточных напряжений по длине изделия. Неустойчивость напря-
женного состояния приводит к последующему искривлению изделия во времени [1].
Снижая частоту вращения заготовки или величину радиальной нагрузки, можно уменьшить
искривление вала, но при этом снижается и напряженное состояние в очаге деформации, и. как след-
ствие, не достигаются необходимые параметры упрочнения поверхностного слоя, как по напряжен-
ному состоянию, так и по величинам шероховатости.
С учетом вышеизложенного возникает вопрос о необходимости интенсификации напряженно-
деформированного состояния существующих технологических способов поверхностного пластиче-
ского деформирования для достижения высоких качественных показателей при обработке маложест-
ких деталей.
Вторым важным моментом при упруго-пластическом деформировании поверхностного слоя
является внеконтактная деформация при внедрении рабочего инструмента в поверхность упрочняе-
мой детали. Внеконтактная деформация возникает при формировании пластических волн материала
вокруг инструмента. Наличие пластической волны следует считать отрицательным фактом, так как
она увеличивает зону контакта в очаге деформации, повышает трение, уменьшает поступление тех-
нологической смазки, снижает усталостную прочность материала, поскольку возникающие в волне
растягивающие напряжения способствуют развитию микродефектов (микротрещин). Поэтому в про-
цессе упрочнения необходимо стремиться к уменьшению размеров пластической волны.
Известно [4], что в классической теории пластичности и сопротивлении материалов сущест-
вуют два термина «свободное кручение» и «стесненное кручение». Первый термин означает круче-
ние, при котором естественная деформация концевых сечений тела, называемая депланацией, ничем
не ограничена. Второй термин описывает кручение, при котором на деформацию концевых сечений
тела наложены ограничения, препятствующие естественному искажению этих сечений и заставляю-
щие их принимать форму, предопределенную этими ограничениями (например, оставаться плоски-
ми). Ввиду совпадения физического смысла этих терминов с рассматриваемой проблемой целесооб-
разно ввести соответствующую терминологию и в теорию процессов упрочнения.
Свободное (локальное) упрочнение – упрочнение, при котором размер и форма очага пласти-
ческой деформации определяется естественным пластическим течением металла. Очевидно, что при
локальных методов упрочнения под индентором возникает локальная зона пластического течения.
Стесненное упрочнение – упрочнение, при котором размер и форма очага пластической де-
формации отличается от локального способом нагружения и ограниченным пластическим течением
металла в ограниченном пространстве. Поэтому более интенсивно растет зона пластического дефор-
мирования.
Таким образом, под стесненной деформацией понимают, процесс, происходящий в ограни-
ченных условиях закрепления или нагружения. Стесненные условия нагружения приводят к увеличе-
нию интенсивности деформации. При наличии стесненных условий меняется характер перемещений
и деформаций изделия [2].
Стесненные условия деформирования еще не получили широкого распространения и являют-
ся новым направлением совершенствования технологических процессов машиностроения. Известны
работы, например [2, 3], по разработке технологии правки маложестких валов и осей в стесненных
условиях нагружения и работа [5] по снижению утонения при использовании формоизменяющих
операций листовой штамповки.
Постановка задачи. Пластическая волна при внедрении шара в поверхность объемного упру-
го-пластического тела образуется благодаря свободной поверхности, которая позволяет восприни-
мать обратное внеконтактное течение металла из очага деформации. Если наложить ограничение на
это пластическое течение, то условие деформирования металла при внедрении шара должны изме-
ниться и оказать влияние на изменение механических свойств.
В работе рассматривается возможность создания стесненных условий при локальном дефор-
мировании путем уменьшения размеров пластической волны внеконтактной деформации, что спо-
собствует интенсификации напряжений и деформаций в очаге упруго-пластического формоизмене-
ния при нагружении плоской поверхности шаром. При внедрении шара в зоне контакта возникает
осесимметричный очаг деформирования, характеризуемый контактной и внеконтактной поверхно-
стью. Стремление к повышению качества поверхностного слоя приводит к необходимости интенси-
фикации процесса ППД.
Таким образом, техническая идея работы заключается в том, чтобы погасить волновые тече-
ния металла из очага пластической деформации. Это позволит уменьшить размеры пластической
волны и интенсифицировать напряженное и деформированное состояние в объеме тела.