Experimental examination of surface micro-hardness improvement ratio in burnishing of external cylindrical workpieces

Abstract

This paper deals with the experimental examination of surface micro-hardness improvement ratio in burnishing of external cylindrical workpieces. The material of the examined workpiece was AISI 304 austenitic stainless steel. In our experiments, we investigated the sliding frictional burnishing of an outer cylindrical surface when the burnishing tool had a diamond material-grade spherical tip. Using the full factorial experimental design technique, we aimed to determine how the changes in burnishing parameters, i.e., burnishing speed, burnishing feed, and burnishing force effect on the changes of surface micro-hardness and surface micro-hardness improvement ratio. Based on examinations, the best burnishing parameter combination could be selected.

Робота присвячена експериментальному дослідженню ступеня підвищення мікротвердості поверхні при вигладжуванні зовнішніх поверхонь циліндричних деталей. Вигладжування тертям ковзання по кінематиці аналогічно токарній обробці, але замість вставки різального інструменту, деформуючий елемент являє собою сферичний наконечник з великим радіусом, який переміщається шляхом застосування притиску з певною силою до оброблюваної поверхні. Це створює пластичну деформацію на поверхні заготовки і в шарах, близьких до поверхні. Такий процес обробки покращує шорсткість поверхні, створює залишкову напругу стиснення і збільшує твердість. Матеріалом досліджуваної заготовки була аустенитна нержавіюча сталь AISI 304. У даних експериментах було досліджено фрикційне вигладжування ковзання зовнішньої циліндричної поверхні, коли вигладжувальний інструмент мав сферичний наконечник зі штучного алмазу. Використовуючи методику повного факторного експерименту, переслідувалася мета визначити, як зміни параметрів вигладжування, такі як: швидкість вигладжування, подача і сила притиску вигладжувача впливають на зміни мікротвердості поверхні і коефіцієнту поліпшення мікротвердості поверхні. На підставі досліджень можна вибрати кращу комбінацію параметрів цього процесу. Для даної серії експериментів було досліджено вплив трьох чинників, кожен на 2-2 рівнях відповідно до методу факторного планування експериментів. Перевага цього методу полягає в тому, що між вхідними (незалежними) параметрами і вихідною (залежною) змінною може бути записана емпірична функція. На підставі проведеного дослідження можна констатувати, що серед розглянутих параметрів вплив сили притиску вигладжувача є найбільш домінуючим, за ним слідує подача, а менш домінуючим параметром є швидкість вигладжування. Найкращий коефіцієнт поліпшення мікротвердості поверхні був досягнутий, коли параметри процесу вигладжування були наступними: F = 40 Н, f = 0,0125 мм/об і v = 41,17 м/хв.