مطالعه تأثیر پارامترهای فرآیند برنیشینگ ساچمه‌ای و زبری سطح اولیه بر روی ویژگی‌های مغزی زبری سطح قطعات استوانه‌ای مسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• علی جوادی ¹
• مسعود فرحناکیان ¹
• صادق الهامی جوشقان ²

¹ گروه مهندسی مکانیک، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.

² گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

10.22067/jacsm.2021.69415.1014

چکیده

پارامترهای مغزی زبری سطح ازجمله پارامترهای مهم در عملکرد سطوح در تماس هستند. برنیشینگ که به‌منظور بهبود پارامترهای سطح و کارسختی شناخته می‌‌شود، بر پارامترهای مغزی زبری سطح نیز تأثیر زیادی دارد. در این پژوهش، به مطالعۀ پارامترهای سطح و به‌ویژه پارامترهای مغزی زبری سطح ازجمله ارتفاع قله و عمق درۀ کاهیده، قبل و پس از فرایند برنیشینگ ساچمه‌ای روی قطعات مسی پرداخته شده است. پروفیل اولیۀ سطح و ابزار با قابلیت تغییر قطر ساچمۀ ورودی‌های پژوهش حاضر هستند که در کنار نیرو و پیشروی برنیشینگ مطالعه می‌شوند. نتایج نشان داد که فرایند برنیشینگ مقادیر زبری سطح (Ra) را در حدود 90 تا 96درصد کاهش می‌دهد. همچنین، استفاده از ساچمه با قطر 20میلی‌متر نسبت به قطر 12میلی‌متر، 20درصد کاهش بیشتر Ra را به‌دنبال خواهد داشت. کاهش ارتفاع قلۀ کاهیده و کاهش عمق درۀ کاهیده در فرایند برنیشینگ ساچمه‌ای به‌ترتیب، حدود 80 تا 90درصد و بین 20 تا 80درصد است که بیانگر اثرگذاری کمتر فرایند برنیشینگ بر عمق دره کاهیده است. بنابراین، شرایط اولیه و ازجمله زبری سطح اولیه تأثیر زیادی بر عمق درۀ کاهیده خواهد داشت. سطوح پرداخت‌شده با سنباده 60 و تراشکاری با پیشروی 24/0میلی‌متر بر دور که بیشترین مقادیر زبری سطح را دارا بودند، تأثیرپذیری و بهبود بیشتری از عملیات برنیشینگ پیدا کردند.

کلیدواژه‌ها

• برنیشینگ ساچمه‌ای
• مغزی زبری سطح
• زبری سطح
• میکروسختی
• پروفیل سطح

موضوعات

• ماشین کاری

---

عنوان مقاله [English]

Study on the effects of ball burnishing parameters and initial surface roughness on the core roughness characteristics of Copper cylindrical parts

نویسندگان [English]

• Ali Javadi ¹
• Masoud Farahnakian ¹
• Sadegh Elhami ²

¹ Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University Najafabad Branch, Najafabad, Iran.

² Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran. Email: [e-mail]

چکیده [English]

Parameters of core roughness are important in the determination of contact area and performance of engaged surfaces which can be modified using finishing processes. Burnishing is a mechanical behavior on the surface to enhance surface characteristics and work hardening which can change core roughness parameters. In this research, a comprehensive study on the surface roughness parameters especially, peak and valley core roughness, before and after of ball burnishing process is presented on the copper cylindrical parts. Initial surface roughness and a tool with different balls are important inputs of the current research which are studied besides other parameters such as burnishing force and feed. Results showed that the burnishing process has reduced surface roughness by about 90 to 96 percent. Also, ball diameter of 20 mm decreased Ra about 20% in comparison to ball diameter of 12 mm. Peak core roughness (Rpk) and valley core roughness (Rvk) presented decreasing of 80% to 90% and 20% to 80%, respectively which prove lower effectiveness of burnishing process on the Rvk. Hence, an initial condition especially the initial surface roughness has a great effect on the Rvk. Considering other parameters, initial surfaces prepared using sandpaper with a grit size of 60 and turning with a feed of 0.24 mm/rev which associated with the highest surface roughness, presented a significant reduction of roughness parameters after the ball burnishing process.

کلیدواژه‌ها [English]

• Ball Burnishing
• Core Roughness
• Surface Roughness
• Micro-Hardness
• Surface profile

مراجع

1. N. El-Tayeb, K. Low, P. Brevern, "Influence of roller burnishing contact width and burnishing orientation on surface quality and tribological behaviour of Aluminium 6061", Journal of materials processing technology, Vol. 186, pp: 272-278, (2007)
2. J. Maximov, G. Duncheva, A. Anchev, M. Ichkova, "Slide burnishing—review and prospects", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 104, pp: 785-801, (2019)
3. S. Thamizhmnaii, B.B. Omar, S. Saparudin, S. Hasan, "Surface roughness investigation and hardness by burnishing on titanium alloy", Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 28, pp: 139-142, (2008)
4. M. Korzynski, "A model of smoothing slide ball-burnishing and an analysis of the parameter interaction", journal of materials processing technology, Vol. 209, pp: 625-633, (2009)
5. A. Sagbas, "Analysis and optimization of surface roughness in the ball burnishing process using response surface methodology and desirabilty function", Advances in Engineering Software, Vol. 42, pp: 992-998, (2011)
6. F. Gharbi, S. Sghaier, H. Hamdi, T. Benameur, "Ductility improvement of aluminum 1050A rolled sheet by a newly designed ball burnishing tool device", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 60, pp: 87-99, (2012)
7. G.D. Revankar, R. Shetty, S.S. Rao, V.N. Gaitonde, "Analysis of surface roughness and hardness in ball burnishing of titanium alloy", Measurement, Vol. 58, pp: 256-268, (2014)
8. Z. Jing, X. Wei, L. Ning, F.-l. Li, "A gradient nano/micro-structured surface layer on copper induced by severe plasticity roller burnishing", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 24, pp: 441-448, (2014)
9. X. Zhang, H. Luo, Z. Han, J. Lv, "Evolution of microstructures and texture in the surface layer of copper during burnishing process", Materials Science and Technology, Vol. 30, pp: 1742-1750, (2014)
10. M.S. John, A.W. Wilson, A.P. Bhardwaj, A. Abraham, B. Vinayagam, "An investigation of ball burnishing process on CNC lathe using finite element analysis", Simulation Modelling Practice and Theory, Vol. 62, pp: 88-101, (2016)
11. G. Rotella, S. Rinaldi, L. Filice, "Roller burnishing of Ti6Al4V under different cooling/lubrication conditions and tool design: effects on surface integrity", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 106, pp: 431-440, (2020)
12. T.-T. Nguyen, L.-H. Cao, T.-A. Nguyen, X.-P. Dang, "Multi-response optimization of the roller burnishing process in terms of energy consumption and product quality", Journal of Cleaner Production, Vol. 245, pp. 119328, (2020)
13. T.-T. Nguyen, L.-H. Cao, X.-P. Dang, T.-A. Nguyen, Q.-H. Trinh, "Multi-objective optimization of the flat burnishing process for energy efficiency and surface characteristics", Materials and Manufacturing Processes, Vol. 34, pp: 1888-1901, (2019)
14. R.W. Maruda, G.M. Krolczyk, S. Wojciechowski, B. Powalka, S. Klos, N. Szczotkarz, M. Matuszak, N. Khanna, "Evaluation of turning with different cooling-lubricating techniques in terms of surface integrity and tribologic properties", Tribology International, Vol., pp: 106334, (2020)
15. G. Krolczyk, J. Krolczyk, R. Maruda, S. Legutko, M. Tomaszewski, "Metrological changes in surface morphology of high-strength steels in manufacturing processes", Measurement, Vol. 88, pp: 176-185, (2016)
16. M. Sedlaček, B. Podgornik, J. Vižintin, "Correlation between standard roughness parameters skewness and kurtosis and tribological behaviour of contact surfaces", Tribology international, Vol. 48, pp: 102-112, (2012)
17. G.H.C. Barros, C.R. Schramm, S.D. Franco, L.J. Arantes, R.V. Arencibia, "Effect of grain size and number of strokes on Rk parameters and emptiness coefficient in honing process", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 103, pp: 3717-3734, (2019)
18. م.س. مهدیه, ا. رفعتی, س. کارگر, م. دانش, "بررسی پارامترهای مؤثر روی استحکام و میکرو سختی سطوح حاصل از عملیات رولربرنشینگ با استفاده از روش تاگوچی", دوازدهمین کنفرانس ملی مهندسی ساخت و تولید ایران, بیرجند، ایران, (1390).
19. س. ساکی انتظامی, م. فرحناکیان, غ. نجارزاده, ساخت یک ابزار برنیشینگ و بررسی تجربی پارامترهای مؤثر بر فرایند برنیشینگ سطوح خارجی, کنفرانس ملی مهندسی مکانیک ایران, دانشگاه شیراز, (1392).
20. S. Amini, A. Bagheri, R. Teimouri, "Ultrasonic-assisted ball burnishing of aluminum 6061 and AISI 1045 steel", Materials and Manufacturing Processes, Vol. 33, pp: 1250-1259, (2018)
21. R. Teimouri, S. Amini, "Analytical modeling of ultrasonic surface burnishing process: evaluation of through depth localized strain", International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 151, pp: 118-132, (2019)
22. E. Gadelmawla, M. Koura, T. Maksoud, I. Elewa, H. Soliman, "Roughness parameters", Journal of materials processing Technology, Vol. 123, pp: 133-145, (2002)