Examination of 3D surface topography of diamond burnished C45 workpieces

Abstract

Nowadays cold working operations like rolling, burnishing are important finishing methods. In this paper the diamond burnishing of external cylindrical surfaces are studied. The principle of this process is that a pressing tool, which goes along the surface of the workpiece with linear motion having given parameters (e.g. feed) while the workpiece is rotating. Using of diamond burnishing has many preferences: surface roughness of the workpiece is improving, hardness of the surface is increasing while it’s micro-structure is also improving. Fatigue strength is increasing significantly due to the compressive residual stress in the subsurface area causing by burnishing. The aim of this study was to examine the influence of different burnishing parameters, such as burnishing speed, feed and force with the using of two different kinematic viscosity oil. For plan and execute the experiments we used the Taguchy type full factorial experimental design method by which empirical formulas can be created easily. The measurement of the surface roughness was executed with Altisurf 520 3D measuring equipment at the Institute of Manufacturing Science. The measured results were evaluated by the comparison of a special correlation formula to determine the optimal combination level of the different parameters in the given interval.

В даний час операції холодної обробки, такі як прокатка, полірування, є важливими методами обробки. У даній роботі вивчено алмазне вигладжування зовнішніх циліндричних поверхонь. Принцип цього процесу полягає в тому, що притискний інструмент, який рухається уздовж поверхні заготовки з лінійним рухом, має задані параметри (наприклад, подачу) під час обертання заготовки. Використання алмазного вигладжування має багато переваг: поліпшується шорсткість поверхні заготовки, збільшується твердість поверхні, а також поліпшується її мікроструктура. Втомна міцність значно збільшується через залишкові напруги при стисненні в підповерхневій зоні, які викликані вигладжуванням. Метою даного дослідження було вивчити вплив різних параметрів вигладжування, таких як швидкість, подача і зусилля, з використанням двох масел з різною кінематичною в'язкістю. Для планування і проведення експериментів ми використовували метод повного факторного планування експериментів типу Тагучі, за допомогою якого можна легко створювати емпіричні формули. Вимірювання шорсткості поверхні було виконано за допомогою вимірювального обладнання Altisurf 520 3D в Інституті виробничих наук. Виміряні результати оцінювалися за допомогою спеціальної формули кореляції для визначення оптимального рівня комбінації різних параметрів в даному інтервалі. Для поліпшення шорсткості поверхні ми визначили співвідношення, яке було сформовано зі співвідношення результатів до і після обробки. Використовуючи методологію повних факторних експериментів типу Тагучі, експерименти по зміцненню проводилися на поверхні необробленого циліндричного зразка за допомогою вигладжувача сферичної форми. Результати проілюстровані на тримірних графіках і зроблені наступні висновки: серед досліджених параметрів вплив сили тертя є найбільш домінуючими в характеристиці поліпшення співвідношення. У досліджуваному діапазоні параметрів збільшення шорсткості поверхні спостерігалося в разі більшої подачі (0,10 мм/об). Налаштування більшої сили притиску при більш низькій швидкості подачі може призвести до збільшення шорсткості. Параметри, які привели до найнижчої і, отже, найбільш сприятливої шорсткості поверхні, були наступними: сила притиску 82Н, швидкість 277 м/хв, глибина 0,10 мм/об.