مطالعه تجربي تأثير زبري سطح اوليه بر نيروهاي فرآيند كوبش سطح و حد دوام قطعات فولاد سخت‌كاري شده 4130

Experimental Study of the Effect of Initial Surface Roughness on Ball Burnishing Forces and Endurance Limit of AISI 4130 Hardened Steel

ماشين‌كاري قطعات ساخته شده از فولادهاي سخت‌كاري شده، كه سختي آنها عمدتاً بالاتر از 45 راكول سي است، سخت‌تراشي ناميده مي‌شود. اين قطعات كه عمدتاً در شرايط بارگذاري خستگي كار مي‌كنند، نيازمند مقادير پايين زبري سطح (در حد 0/15 ميكرومتر Ra) هستند كه در حالت عادي با فرآيند سخت‌تراشي و كوبش بعد از آن، قابل حصول نمي‌باشد. فرآيند سنگ‌زني، با وجود بهبود در صافي سطح قطعات، از يك سو منجر به افزايش تنش‌هاي پسماند كششي شده و از سوي ديگر به دليل شوك‌هاي حرارتي شديد، نواحي جواني‌زني ترك را افزايش مي‌دهد و بنابراين ممكن است استحكام خستگي را كاهش دهد. در اين مقاله، تأثير افزوده شدن يك فرآيند سنگ‌زني قبل از فرآيند كوبش بر صافي سطح و نيروهاي فرآيند مطالعه شده و با هدف در نظر گرفتن تأثيرات فرآيند سنگ‌زني بر استحكام خستگي، تنش‌هاي پسماند و حد دوام قطعات توليد شده توسط طرح فرآيند ساخت سخت‌تراشي، سنگ‌زني و كوبش ساچمه‌اي فولاد سخت‌كاري شده 4130، مورد مطالعه تجربي قرار گرفته است. بر اساس نتايج حاصل، در نمونه‌هايي كه قبل از فرآيند كوبش، سنگ‌زني شده باشند، زبري سطح به طور متوسط 91/56 درصد بهبود يافته و نيروهاي فرآيند كوبش به طور متوسط 39/52 درصد كاهش يافته و در عين حال، تنش‌هاي پسماند سطحي فشاري هستند. در نتيجه اين عوامل، حد دوام قطعات توليدي به طور متوسط 10/95 درصد نسبت به نمونه سخت‌تراشي افزايش يافته است.

Machining of hardened steels, which their hardness is generally higher than 45 Rockwell C, is called hard turning. These components usually work under dynamic loading conditions and require a high level of surface finish (in the order of 0.15 μm Ra) which cannot be achieved by sequential hard turning and burnishing processes. However, there are serious concerns about this complement grinding operation; the grinding process, on one hand, increases tensile residual stresses and on the other hand, increases crack nucleation regions. Therefore, these two factors might decrease workpiece fatigue strength. So, in this paper, the effects of adding a grinding operation before the ball burnishing process, have been experimentally studied on final surface roughness and burnishing forces; at the same time, in order to consider the possible destructive effects of the grinding process, a set of experimental measurements including surface residual stresses and endurance limit measurement, have been done for AISI 4130 fatigue samples. Based on the achieved results, adding a grinding operation before the burnishing process has led to a 91.56% improvement in surface finish and a 39.52% reduction in burnishing forces. In addition, surface residual stress is compressive and there is a slight difference in the magnitude of compressive residual stresses in comparison to burnished hard turned samples. Due to these positive findings, the endurance limit of produced samples shows 10.95% improvement in comparison to burnished hard turned samples.