Снижение остаточных напряжений в обрабатываемых дорнованием толстостенных цилиндрах с использованием их пластического сжатия

Abstract

На основе анализа литературы высказано предложение, что для снижения остаточных напряжений в обрабатываемых дорнованием с большими натягами толстостенных цилиндрах, при которых пластические деформации в них являются сквозными, и сохранения высокой точности цилиндров необходимо осуществить их осевое пластическое сжатие и последующее дорнование с малыми натягами, при которых в цилиндрах воспроизводится полуупругий режим деформирования. Представлены результаты экспериментальных исследований методом Закса окружных, радиальных и осевых остаточных напряжений в цилиндрах из стали 50 (НВ 2170…2290 МПа) с диаметром отверстий d = 5 мм, наружным диаметром D = 15 мм, длиной L = 30 мм, а также точности отверстий цилиндров, выполненных для проверки этого предположения. Установлено, что в цилиндрах, обработанных двухцикловым дорнованием с суммарным натягом аΣ/d = 5,1%, наибольшие по абсолютной величине окружные остаточные напряжения составляют -284 МПа; после пластического сжатия этих цилиндров с деформациями ∆L/L 0,5 и 1 % и одноциклового дорнования с натягом a/d = 0,9 % эти напряжения равны -177 МПа. Показано, что достигнутая при двухцикловом дорновании высокая точность отверстий (IT7) после пластического сжатия цилиндров и одноциклового дорнования полностью сохраняется.

Thick-walled cylinders (D/d2) constitute a large group of parts with precise small diameter holes (d=1…10 mm). Improvement of surface finish and accuracy of small diameter holes is an actual task and requires the development of new methods of processing and cold expansion is one of the most effective methods of finishing and hardening of holes in such parts. Along with high productivity, cold expansion helps to increase accuracy, improve surface roughness, considerably work-harden surface layer and generate favorable compressive residual stresses. However, residual stresses generated during cold expansion of parts such as thick-walled cylinders can be undesirably high in some cases. We suppose that in order to maintain high accuracy of holes and to lower residual stresses after cold expansion of thick-walled cylinders, which undergo throughout plastic deformations, it is needed to perform axial plastic compression with subsequent cold expansion with small interferences. To test the hypothesis, we studied accuracy of holes as well as hoop, radial and axial residual stresses in cylinders made of steel grade 50 (0.5% C, НВ 2170…2290 MPa) with hole diameter d=5 mm, outer diameter D=15 and length L=30 mm by Sachs method. It is found that double-cycle cold expansion with total interference а?/d=5.1% generates hoop residual stresses with largest absolute value equal to 284 MPa, which, after plastic compression with strain ?L/L equal to 0.5% and 1% and single-cycle cold expansion with interference a/d=0.9%, changed to 177 MPa. It is shown that high hole accuracy (IT7) achieved through double-cycle expansion remained at the same high level after plastic compression and single-cycle expansion.