بررسي اثر فرايند صيقل‌كاري با پلاستيسيته كم بر روي عمر خستگي شفت ناچ‌دار چرخان

Investigating the Effect of Low Plasticity Burnishing (LPB) Process on Fatigue life of Rotating Notched Shaft

يكي از مناسب­ ترين روش­ها براي ايجاد تنش پسماند فشاري در سطح قطعات، فرايند صيقل‌كاري با پلاستيسيته كم است كه مي­ تواند رفتار خستگي مناسبي براي قطعات فلزي فراهم كند. اين فرايند مي ­تواند بدون نياز به بهينه‌سازي محيط ، مواد و يا طراحي اجزاء، تنش­ هاي كششي سطح را كاهش دهد يا به‌طور كامل حذف كند. در اين فرايند يك ساچمه غلتش آزاد با يك نيروي عمودي مناسب در سطح قطعه كار حركت مي­ كند و با تغيير شكل پلاستيك سطح، تنش‌هاي پسماند فشاري مناسبي در عمق قطعه فراهم مي ­كند. در اين پژوهش، مدل اجزاء محدود اين فرايند در دو حالت يك و دو ساچمه ­اي بر روي يك شفت از جنس آلياژ آلومينيم 6T-7075 ارائه‌شده و تأثيرات آن بر روي تنش‌هاي پسماند مطالعه و با استفاده از رهيافت مبتني بر كرنش، عمر خستگي قطعه بررسي‌شده است. نتايج نشان مي­ دهند كه استفاده از دو ساچمه به‌جاي يك ساچمه در اين فرايند، مي­ تواند تنش ­هاي پسماند فشاري در راستاي محوري و شعاعي قطعه را 1/5 برابر افزايش دهد. عمق تأثيرگذاري تنش­ ها نيز در حالت دو ساچمه بيشتر از يك ساچمه است. همچنين، حد استحكام خستگي در نمونه موردنظر با فرايند صيقل ­كاري با پلاستيسيته كم دو ساچمه اي، نسبت به نمونه بدون فرايند مذكور و يك ساچمه­ اي به ترتيب حدود 3 و 2 برابر افزايش مي­ يابد.

One of the most appropriate methods for providing compressive residual stresses in the surface layer of parts is low plasticity burnishing that can increase fatigue life of metals. Low plasticity burnishing reduces or completely eliminates surface tensile stresses, without optimizing the environment, materials or design components. During this process, a free-rolling ball with proper vertical load is moved on the work-piece in order to create plastic deformation and compressive residual stress. In this study, finite element modeling of the process on Aluminum Alloy 7075-T6 shaft is presented in two conditions, single and double ball. Effect of the process on residual stresses and fatigue life of work-piece by strain-based approach is investigated. Results show that, using double ball instead of single ball in this process can increase axial and radial compressive residual stresses up to 1.5. Also, residual stress depth in double ball condition is higher than single ball condition. The fatigue strength in the work-piece with double ball LPB against without LPB and single ball is increased 3 and 2 times, respectively.