Фізико-механічне моделювання поверхневого зміцнення деталей фальцювальних систем пентагональними і гексагональними інденторами
DOI:
https://doi.org/10.20535/2077-7264.4(86).2024.332807Ключові слова:
індентування, геометрія інденторів, зміцнювальний мікрорельєф, пластична деформація, фальцювальні елементиАнотація
Об’єктом дослідження є процес локального зміцнення приповерхневого шару профільних планок фальцювальних систем шляхом індентування інструментами з пентагональною та гексагональною геометрією робочої частини. Основне припущення полягає в тому, що зміна симетрії інденторної головки суттєво впливає на механізм накопичення пластичної деформації та характер формування зміцнювального мікрорельєфу. Встановлення просторових закономірностей взаємодії інденторів із поверхнею дає змогу здійснювати цілеспрямоване керування параметрами зміцнення для підвищення зносостійкості робочих елементів.
Побудовано фізико-механічну модель контактної взаємодії багатогранного індентора з пружно-пластичним середовищем, яка враховує особливості осесиметрії, локалізацію напружень і критерії пластичності. Для оцінки формованого мікрорельєфу використано аналітичні залежності та полярні координати, що дали змогу описати структуру мікротвердості залежно від напряму та відстані від центра індентування.
Чисельне моделювання продемонструвало відмінності у просторовому розподілі деформацій і мікротвердості для пентагональної та гексагональної геометрії. Гексагональний індентор забезпечує симетричне осесиметричне зміцнення, тоді як пентагональний створює «пелюсткову» структуру із локальними максимумами зміцнення в напрямах кутових вершин. Вищий контактний тиск при використанні пентагонального індентора спричиняє глибше проникнення в матеріал і локалізацію зони пластичної деформації, що дозволяє реалізувати функціональне армування напрямних ділянок.
Проведено порівняльний аналіз ефективності геометрій інструментів, який показав доцільність вибору форми індентора відповідно до експлуатаційного призначення. Запропонована модель зміцнення може бути використана для оптимізації поверхневих структур елементів фальцювальних систем поліграфічного обладнання з урахуванням характеру навантажень і вимог до довговічності.
Посилання
Kyrychok, P., & Paliukh, D. (2024). Determining of the effect of reinforcing microrelief guides on the efficiency of folding integrated covers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(1(130)), 97–111. Retrieved from https://journals.uran.ua/eejet/article/view/309481 [in English].
Khitrov, I. O., & Kononohov, Yu. A. (2024). Vidnovlennia detalei plastychnym deformuvanniam ta sposoby dlia yoho zdiisnennia [Restoration of parts by plastic deformation and methods for its implementation]. Vcheni zapysky TNU imeni V. I. Vernadskoho. Seriia: Tekhnichni nauky, 35(74)(1). Retrieved from https://www.tech.vernadskyjournals.in.ua/journals/2024/1_2024/part_2/32.pdf [in Ukrainian].
Panina, V. V., Didur, V. V., Sieryi, I. S., & Chorna, T. S. (2020). Zmitsnennia detalei za dopomohoiu poverkhnevo-plastychnoi deformatsii [Strengthening of parts by means of surface-plastic deformation]. Naukovyi visnyk TDATU, 10(2), 148–155. Retrieved from http://elar.tsatu.edu.ua/handle/123456789/12954 [in Ukrainian].
Li, Y., Lu, Z., Li, T., Li, D., Lu, J., Liaw, P. K., & Zou, Y. (2020). Effects of surface severe plastic deformation on the mechanical behavior of 304 stainless steel. Metals, 10(6), 831. Retrieved from https://www.mdpi.com/2075-4701/10/6/831.
Wang, P., Gao, Y., & Wang, P. (2024). A comparative study of indentation size effect models for different materials. Scientific Reports, 14, 20010. Retrieved from https://www.nature.com/articles/s41598-024-71136-5?utm_source=chatgpt.com.
Tiwari, A., Almqvist, A., & Persson, B. N. J. (2020). Plastic deformation of rough metallic surfaces. Tribology Letters, 68, 129. Retrieved from https://link.springer.com/article/10.1007/s11249-020-01368-9?utm_source=chatgpt.com.
Zhang, L., & Wu, Z. (2021). A mini-review of surface severe plastic deformation methods and their effects on steel and stainless steel. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 235(10), 2164–2176. Retrieved from https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/14644207231190491?icid=int.sj-full-text.similar-articles.2&utm_source=chatgpt.com.
Zhang, X., Yang, D., Jia, Y., & Wang, G. (2023). Microstructure and nanoindentation behavior of FeCoNiAlTi high-entropy alloy-reinforced 316L stainless steel composite fabricated by selective laser melting. Materials, 16(5), 2022. Retrieved from https://www.mdpi.com/1996-1944/16/5/2022.
Huber, N., Ryl, I., Wu, Y., Hablitzel, M., Zandersons, B., Richert, C., & Lilleodden, E. (2023). Densification of nanoporous metals during nanoindentation: The role of structural and mechanical properties. Journal of Materials Research, 38(3), 853–866. Retrieved from https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023JMatR..38..853H/abstract.
Zhang, X., Zhang, C., Li, Y., Wu, Z., Li, J., & Ge, Q. (2024). Research on fast nanoindentation technology to analyze the non-homogeneity of IF steel. Metals, 14(12), 1429. Retrieved from https://www.mdpi.com/2075-4701/14/12/1429.
Rezaee-Hajidehi, M., Tůma, K., & Stupkiewicz, S. (2023). Indentation-induced martensitic transformation in SMAs: Insights from phase-field simulations. International Journal of Mechanical Sciences, 245, 108100. Retrieved from https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0020740323000024.
Zhang, C., Porcar, L., Miraglia, S., Donnadieu, P., Braccini, M., Haettel, R., & Verdier, M. (2022). Microstructure and correlated mechanical properties study of Ni–(Fe, Co)–Mn–(Al, In) as-spun ribbons. Journal of Alloys and Compounds, 905, 164139. Retrieved from https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925838822005308.
Li, S., Ding, W., & Zhang, Q. (2023). Development of a new temperature-dependent yield criterion for stainless and high-strength alloy steels in construction engineering. Case Studies in Construction Materials, 18, e02149. Retrieved from https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214509523003297.
Hutchings, I. M. (2009). The contributions of David Tabor to the science of indentation hardness. Journal of Materials Research, 24(3), pp. 581–589. Retrieved from https://www.smf.phy.cam.ac.uk/system/files/documents/HutchingsTabor2009.pdf.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Василь Борисович Струтинський
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons CC BY для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов’язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
