مطالعه تاثير فرآيند ماشين كاري تخليه الكتريكي به كمك ارتعاشات فراصوتي بر روي تنش هاي پسماند و سختي سطح آلياژ Ti-6Al-4V

Study on the effect of ultrasonic assisted electrical discharge machining process on residual stress and hardness of Ti-6Al-4V alloy

يكي از فرآيندهاي ماشين كاري معمول و پركاربرد براي ماشينكاري فلزات و آلياژهاي سخت كه با روش هاي ماشينكاري سنتي قابليت ماشينكاري پاييني دارند، ماشين كاري تخليه الكتريكي است. با توجه به ماهيت ترموالكتريكي اين فرآيند، تغييرات خواص متالورژيكي و مكانيكي سطح ماشينكاري شده و ايجاد تنش هاي پسماند در قطعات اجتناب ناپذير است. در اين پژوهش ماشينكاري آلياژ تيتانيوم Ti-6Al-4V با فرآيند تخليه الكتريكي به كمك ارتعاشات فراصوتي ابزار انجام شده است و تاثير ارتعاشات فراصوتي ابزار بر بازده ماشينكاري و سلامت سطح توليده شده از جمله ميكروتركهاي ايجاد شده، تنشهاي پسماند و سختي سطح ارزيابي شده است. سطح نمونه هاي ماشينكاري شده با ميكروسكوپ الكتروني روبشي عكسبرداري شده تا اندازه و توزيع ميكروتركهاي سطحي مطالعه گردد؛ تنشهاي پسماند ناشي از فرآيند در امتداد عمق سطوح ماشين كاري شده، با روش نانوايندنتيشن ارزيابي شده و سختي سطوح ماشينكاري شده با استفاده از دستگاه ميكروسختي سنج اندازه گيري شده است. نتايج نشان مي دهد اعمال ارتعاشات فراصوتي بازده فرآيند ماشينكاري را افزايش داده (ميانگين افزايش %90 در نرخ براده برداري)، باعث كاهش مقدار و اندازه ميكروتركهاي سطح شده، توزيع تنشهاي پسماند را تغيير داده و سطح آن را (تقريباً %17) كاهش داده است؛ افزايش سختي سطح در ماشينكاري تخليه الكتريكي با ارتعاشات فراصوتي تقريباً %13 بيشتر از فرآيند سنتي تخليه الكتريكي است.

Electrical discharge machining is one of the most common and widely used machining processes for machining hard metals and alloys which has low machinability by traditional machining methods. Due to the thermoelectric nature of this process, changes in metallurgical and mechanical properties of machined surface and development of residual stresses in components are inevitable. In this research machining of Ti-6Al-4V titanium alloy is conducted by ultrasonic assisted electrical discharge machining process and the effects of ultrasonic vibration of tool on the machining efficiency, surface integrity- such as surface micro-cracks, residual stress and surface hardness have been evaluated. Machined surface was imaged by scanning electron microscopy imaging to study the size and distribution of surface micro-cracks. Residual stresses along the depth of the machined surface, evaluated using Nano indentation technique and hardness of discharged surface are measured using a micro hardness measuring instrument. The results show that applying ultrasonic vibration increases electrical discharge machining process efficiency (about 90%), reduces the amount and size of surface micro-cracks, changes residual stress distribution and decreases the amount of it (average 17%). Increase of surface hardness caused by ultrasonic assisted electrical discharge machining process is 13% more than the traditional electrical discharge machining process.