профессор, заведующий кафедрой «Теоретическая и прикладная механика», доктор физико-математических наук, профессор
заведующий кафедрой «Технология машиностроения», доктор технических наук, профессор
научный сотрудник кафедры «Электротехника и машиностроение»
Introduction. In modern production, when performing finishing operations, centrifugal rotary processing in the medium of abrasive plays an important role. High productivity, low costs and extensive technological capabilities are the main advantages of these cleaning and finishing operations. This paper considers the process of abrasive particle – workpiece surface interaction within the framework of the static contact problem of the elasticity theory. Thus, plastic deformation in the contact area comes into account.
Materials and Methods. The abrasive particle (corundum) is simulated with a linearly elastic body, whose Young's modulus is significantly larger than that of the work material. The process material (steel) is simulated with an elastoplastic bilinear body using the von Mises yield criterion.
Research Results. Finite element modeling of the structures under consideration was performed in the ANSYS CAE package. The process of abrasive particle – workpiece surface interaction was simulated; its stress-strain state was analyzed. The results of numerical experiments are presented. They have determined how equivalent plastic strains are distributed at depths of the cone penetration of 0.01 mm and 0.05 mm. The data obtained, as well as the areas of plastic strain values of more than 1%, are visualized in the ANSYS CAE package.
Discussion and Conclusions. It is established that the equivalent plastic deformation is proportional to the depth of penetration (DP). It reaches a minimum value of 0.158 at DP = 0.01 mm, and a maximum of 0.825 at DP = 0.05 mm. The dependences of the plastic region sizes on DP are determined for cases when the plastic deformation exceeds 1%. At the maximum penetration (0.05 mm), the deformation radius is 1 mm, and the depth is 0.8 mm. On the basis of the data obtained as a result of the conducted research, the parameters of the technological process (rotational speed, size of the abrasive surface, mass of abrasive particles) that affect the workpiece – abrasive particle interaction can be selected. A judicious choice of these parameters will increase the processing efficiency
Введение. В современном производстве при выполнении финишных операций важную роль играет центробежноротационная обработка в среде абразива. Основные преимущества этого метода отделочно-зачистной обработки: высокая производительность, низкая себестоимость и широкие технологические возможности. В данном исследовании рассматривается процесс взаимодействия абразивной частицы с поверхностью детали в рамках статической контактной задачи теории упругости. При этом учитывается пластическая деформация в области контакта.
Материалы и методы. Абразивная частица (корунд) моделируется линейно упругим телом, модуль Юнга которого значительно больше, чем у обрабатываемого материала. Обрабатываемый материал (сталь) моделируется упруго пластическим билинейным телом с применением критерия пластичности Мизеса.
Результаты исследования. Выполнено конечноэлементное моделирование рассматриваемых конструкций в CAEпакете ANSYS. Смоделирован процесс взаимодействия абразивной частицы и поверхности детали, проанализировано ее напряженно-деформированное состояние. Представлены результаты численных экспериментов, которые позволили установить, как распределяются эквивалентные пластические деформации при глубинах внедрения конуса 0,01 мм и 0,05 мм. Полученные данные, а также области значений пластической деформации более 1 % визуализированы в CAE-пакете ANSYS.
Обсуждение и заключения. Установлено, что эквивалентная пластическая деформация пропорциональна глубине внедрения (ГВ). Она достигает минимального значения 0,158 при ГВ = 0,01 мм, максимального 0,825 — при ГВ = 0,05 мм. Определены зависимости размеров области пластической деформации от ГВ для случаев, когда пластическая деформация превышает 1 %. При максимальном внедрении (0,05 мм) радиус деформации составляет 1 мм, глубина — 0,8 мм. На основе данных, полученных в результате проведенного исследования, могут быть выбраны параметры технологического процесса (скорость вращения, размер абразивной поверхности, масса абразивных частиц), которые влияют на взаимодействие между деталью и абразивной частицей. Рациональный выбор этих параметров позволит повысить эффективность обработки.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.