مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی اثر زبری سطح اولیه در فرآیند صیقل‌کاری به کمک نوسانات فراصوتی روی آلومینیوم Al6061-T6

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
عباس پاک 1
مهران محمودی 2
مهدی صفری 2
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان، ایران
2 گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران
چکیده
در فرآیند‌های ساخت قطعات، عملیات بهبود کیفیت سطوح با توجه به شرایط‌ کاری مختلف قطعات از جهت مقاومت به خوردگی و خستگی، مقدار اصطکاک، نحوه‌ تماس بین سطوح و شکل ظاهری از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. هدف از این تحقیق، بررسی فرآیند صیقل‌کاری ساچمه­ای روی سطوح تخت به کمک نوسانات فراصوتی برای بررسی اثر زبری سطح اولیه به عنوان یک متغیر ورودی و همچنین اثر تداخلی آن با سایر پارامترهای فرآیند شامل دامنه نوسان و نیروی پیش­بار روی زبری سطح نهایی قطعات از جنس آلیاژ آلومینیوم Al۶۰۶۱-T۶ است. برای بررسی ارتباط بین متغیرهای ورودی و خروجی و بررسی اثرات تداخلی آنها از روش طراحی آزمایش سطح پاسخ استفاده و یک مدل ریاضی ارائه شده است. آزمون­های عملی با فرکانس ثابت ۲۰کیلوهرتز و سه متغیر زبری سطح بیشینه اولیه، دامنه نوسان و نیروی پیش­بار به عنوان متغیرهای ورودی انجام و زبری سطح خروجی اندازه­گیری شده است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که زبری سطح بیشینه اولیه اثر مستقل روی زبری سطح خروجی ندارد، لیکن اثر دامنه‌نوسان و نیروی پیش­بار روی مقدار زبری‌سطحِ نهایی بستگی به زبری ‌سطح‌ اولیه دارد. برای سطوح با زبری سطح اولیه بالا نیاز به نیروی پیش­بار بیشتری وجود دارد و هر چقدر نیروی پیش بار افزایش یافته اثر تغییرات زبری سطح اولیه روی زبری سطح خروجی کاهش یافته است. همچنین در دامنه نوسانات بالا با افزایش زبری سطح اولیه، زبری سطح خروجی افزایش و در دامنه نوسان کم با افزایش زبری سطح اولیه، زبری سطح خروجی کاهش یافته است. با افزایش دامنه نوسان و نیروی پیش­بار زبری سطح خروجی افزایش و به ترتیب دامنه نوسان، اثر تداخلی نیرو و زبری سطح بیشینه اولیه و سپس مقدار نیرویپیش­بار بیشترین تاثیر را روی زبری سطح خروجی دارند.
کلیدواژه‌ها
صیقلکاری ساچمه‌ای
زبری سطح
نوسانات فراصوتی
روش طراحی آزمایش پاسخ سطح
آلیاژ آلومینیوم Al 6061-T6

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of the Effects of Initial Surface Roughness on Ultrasonic Assisted Ball Burnishing of Al6061-T6

نویسندگان English

A. Pak 1
M. Mahmoodi 2
M. Safari 2
1 Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
2 Manufacturing Engineering Department, Mechanical Engineering Faculty, Arak University of Technology, Arak, Iran
چکیده English

In the process of manufacturing, the operation of improving the quality of the surfaces is important due to the different working conditions, the resistance to corrosion and fatigue life, friction, the type of contact between the surfaces and appearance. The purpose of this research is the experimental investigation of burnishing process on the flat surface by ultrasonic vibration in order to investigate the initial surface roughness as an input variable as well as its interaction effect on the final surface roughness of aluminum Al6061-T6 alloy. Response surface methodology (RSM) was utilized to correlate the empirical relationship between input and output variables and their interaction effects. Experimental tests with a constant frequency of 20 kHz were done to find the effect of the initial maximum surface roughness, ultrasonic vibration amplitude and static load on the surface roughness. The results show that the initial surface roughness has no direct effect on the output surface roughness, but the effect of vibration amplitude and static load on the final surface roughness depends on the initial surface roughness. The higher static load is needed for the high surface roughness, and the increase of static load has decreased the effect of initial surface roughness on the surface roughness. Also, in high vibration amplitude by increasing the initial surface roughness, the surface roughness is increased and at low vibration amplitude by increasing the initial surface roughness, the surface roughness is decreased. By increasing the vibration amplitude and the static load, the surface roughness is increased. Furthermore, the amplitude of vibration, the interaction effect of static load and the initial maximum surface roughness and static load have the highest effect on the final surface roughness, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Ball burnishing
Surface roughness
Ultrasonic vibrations
Response Surface Methodology (RSM)
Al 6061-T6
Hassan AM, Al-Bsharat AS. Influence of burnishing process on surface roughness, hardness, and microstructure of some non-ferrous metals. Wear. 1996;199(1):1-8. [Link] [DOI:10.1016/0043-1648(95)06847-3]
Malaki M, Ding H. A review of ultrasonic peening treatment. Materials & Design. 2015;87:1072-1086. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2015.08.102]
Statnikov ES, Zhuravlev LV, Alekseev AF, Inventors. Ultrasonic head for strain hardening and relaxation treatment. Russian patent, USSR Inventor's Certificate No. SU472782A1. 1972. [Link]
Peters JO, Boyce BL, Thompson AW, Ritchie RO, Roder O. Role of foreign-object damage on thresholds for high-cycle fatigue in Ti-6Al-4V. Metallurgical and Materials Transactions A. 2000;31(6):1571-1583. [Link] [DOI:10.1007/s11661-000-0167-2]
Ting W, Dongpo W, Gang L, Baoming G, Ningxia S. Investigations on the nanocrystallization of 40Cr using ultrasonic surface rolling processing. Applied Surface Science. 2008;255(5):1824-1829. [Link] [DOI:10.1016/j.apsusc.2008.06.034]
Huuki J, Laakso SV. Integrity of surfaces finished with ultrasonic burnishing. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2013;227(1):45-53. [Link] [DOI:10.1177/0954405412462805]
Huuki J, Hornborg M, Juntunen J. Influence of ultrasonic burnishing technique on surface quality and change in the dimensions of metal shafts. Journal of Engineering. 2014;2014:124247. [Link] [DOI:10.1155/2014/124247]
Zhao J, Liu ZQ. Analysis and optimization of surface roughness in rotary ultrasonic burnishing of titanium alloy Ti-6Al-4V. Advanced Materials Research. 2016;1136:406-411. [Link] [DOI:10.4028/www.scientific.net/AMR.1136.406]
Amini S, Bagheri A, Teimouri R. Ultrasonic-assisted ball burnishing of aluminum 6061 and AISI 1045 steel. Materials and Manufacturing Processes. 2018;33(11):1250-1259. [Link] [DOI:10.1080/10426914.2017.1364862]
Teimouri R, Amini S, Bagheri Bami A. Evaluation of optimized surface properties and residual stress in ultrasonic assisted ball burnishing of AA6061-T6. Measurement. 2018;116:129-139. [Link] [DOI:10.1016/j.measurement.2017.11.001]
El-Tayeb NSM, Low KO, Brevern PV. Influence of roller burnishing contact width and burnishing orientation on surface quality and tribological behaviour of Aluminium 6061. Journal of Materials Processing Technology. 2007;186(1-3):272-278. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2006.12.044]
Shojaei Sh, Hashemi R, Rhmatabadi D. Survey the effect of forming speed on fld for Al 6061 sheets. Modares Mechanical Engineering. 2017;17(10):333-340. [Persian] [Link]
Mahmoodi M. Numerical modeling and experimental investigation of ultrasonic assisted burnishing process [Dissertation]. Arak: Arak University of Technology; 2017. [Persian] [Link]
Loh NH, Tam SC. Effects of ball burnishing parameters on surface finish-a literature survey and discussion. Precision Engineering. 1988;10(4):215-220. [Link] [DOI:10.1016/0141-6359(88)90056-6]
El-Tayeb NSM, Low KO, Brevern PV. On the surface and tribological characteristics of burnished cylindrical Al-6061. Tribology International. 2009;42(2):320-326. [Link] [DOI:10.1016/j.triboint.2008.07.003]
Venkata Rao R. Advanced modeling and optimization of manufacturing processes: International research and development. London: Springer; 2011. [Link] [DOI:10.1007/978-0-85729-015-1_2]
Montgomery DC. Design and analysis of experiments.7th Edition. Hoboken: John Wiley & Sons; 2008. [Link]
Lu LX, Sun J, Li L, Xiong QC. Study on surface characteristics of 7050-T7451 aluminum alloy by ultrasonic surface rolling process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016;87(9-12):2533-2539. [Link] [DOI:10.1007/s00170-016-8659-4]
Majzoobi GH, Azizi R, Alavi Nia A. A three-dimensional simulation of shot peening process using multiple shot impacts. Journal of Materials Processing Technology. 2005;164-165:1226-1234. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2005.02.139]
Ma Ch, Dong Y, Ye Ch. Improving surface finish of 3D-printed metals by ultrasonic nanocrystal surface modification. Procedia CIRP. 2016;45:319-322. [Link] [DOI:10.1016/j.procir.2016.02.339]
Travieso-Rodríguez JA, Gomez Gras G, Jorba Peiró J, Carrillo F, Dessein G, Alexis J, et al. Experimental study on the mechanical effects of the vibration-assisted ball-burnishing process. Materials and Manufacturing Processes. 2015;30(12):1490-1497. [Link] [DOI:10.1080/10426914.2015.1019114]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 20، شماره 1
دی 1398
صفحه 87-95