Abstract
<jats:p>Вступ. Підвищення експлуатаційних характеристик та ресурсу деталей машинобудування є ключовим завданням. Ефективним методом поверхневого зміцнення є дробоструминна обробка, що ґрунтується на явищі холодної пластичної деформації приповерхневого шару від удару потоком дробини. Це призводить до формування градієнтного наноструктурованого шару. Для керованого отримання заданих характеристик шару необхідна кількісна модель, яка пов’язує технологічні параметри з властивостями матеріалу. Розробка такої моделі є актуальним науково-прикладним завданням. Мета дослідження є встановлення умов утворення наноструктурованого шару, що формується за рахунок холодної пластичної деформації поверхні під час дробоструминної обробки деталей машинобудування. Дослідження спрямоване на встановлення залежностей між технологічними параметрами (тиск, розмір дробини, кут падіння), механічними властивостями матеріалу (межа плинності) та результуючою товщиною зони наноструктурування на основі розв’язку контактної задачі теорії пружності. Результати. На основі розв’язку задачі Буссінеска отримано аналітичні вирази для напружено-деформованого стану в приповерхневому шарі. Для опису переходу в стан пластичної деформації застосовано критерій пластичності Мізеса. Шляхом комбінації розв’язку контактної задачі з умовою пластичності виведено базову формулу для товщини шару пластичних деформацій. Врахування механізму передачі імпульсу дозволило пов’язати силу удару з технологічними параметрами: тиском (p₀), радіусом дробини (R) та кутом падіння (α). Отримано кінцеву розрахункову залежність: δ = R √((2/3) (p₀ sin α / σт)), де σт – межа плинності. На підставі моделі проведено чисельний аналіз для типових умов. Розраховано залежність товщини шару δ для матеріалів із межею плинності 200–1600 МПа при тиску 0.1–0.5 МПа, радіусі дробини 0.1 мм та куті падіння 30°. Результати представлено у таблиці та на графіку. Аналіз показав, що товщина шару знаходиться в межах ~4.6–28.9 мкм. Встановлено, що товщина шару обернено пропорційна √σт та прямо пропорційна √p₀. Для більш міцних матеріалів потрібні інтенсивніші режими обробки. Результати узгоджуються з експериментальними даними щодо глибини зміцнення. Висновки. Запропоновано теоретичну модель для прогнозування товщини градієнтного наноструктурованого шару після дробоструминної обробки на основі механіки суцільного середовища. Отримана аналітична залежність надає практичний інструмент для вибору режимів обробки з метою досягнення заданої глибини наноструктурування з урахуванням властивостей матеріалу. Модель демонструє, що процес є керованим, а його параметри можуть бути оптимізовані для максимізації ефекту зміцнення. Це відкриває можливості для створення поверхневих шарів із підвищеною втомною міцністю, твердістю та зносостійкістю, що є ключовим для підвищення довговічності критичних деталей у машинобудуванні, авіації та транспорті. Підхід може бути основою для розробки цифрових інструментів оптимізації технології.</jats:p>