Analyzing surface integrity elements of hard turned 16MnCr5 steel

Abstract

Surface integrity plays a determinant role in the functional requirement of precision machined parts. In the automotive industry billions of components are manufactured by using case hardened steels. In this study some surface integrity elements, such as surface roughness or residual stress are analyzed based on systematic machining experimental plan to optimize the applied cutting parameters. Recommendations are made for these parameters based on the measurement data and some widely used functional requirements.

Цілісність поверхні відіграє вирішальну роль у функціональних вимогах до деталей, оброблених на верстаті. В автомобільній промисловості мільярди компонентів виготовляються з використанням загартованої сталі. У цьому дослідженні деякі елементи цілісності поверхні, такі як шорсткість поверхні або залишкові напруження, аналізуються на основі експериментального плану систематичної обробки для оптимізації застосовуваних параметрів різання. Для цих параметрів розроблені рекомендації на основі даних вимірювань і деяких широко використовуваних функціональних вимог. У цій статті були проаналізовані добре відомі параметри шорсткості поверхні (Sz, Sa, Sp, Sv, Ssk і Sku), два компоненти сили різання (Fc і Fp) і два компоненти залишкових напружень (σA і σT). Вони є визначальними показниками для деяких характеристик цілісності поверхні, таких як зносостійкість, втомна міцність або несуча здатність. Залежно від функції поверхонь деталей машини або інших (наприклад, економічних) цілей ці параметри можна мінімізувати або максимізувати. Це дослідження були зосереджені на тому, як цю оптимізацію можна здійснити шляхом зміни значень параметрів різання. Були зроблені такі висновки. Для мінімізації значень параметрів максимальної висоти (Sz), середньої арифметичної висоти (Sa), максимальної висоти піку (Sp), максимальної висоти ями (Sv) і перекосу (Ssk), рекомендується встановити глибину різання (ap), швидкість різання (vc) і швидкість подачі (f) до їх мінімальних значень. Для максимізації значення параметра ексцесу (Sku) рекомендується максимальна vc і мінімальні ap і f. Компоненти сили різання Fc (напрямок швидкості різання) і Fp (напрямок глибини різання) досягають своїх максимальних значень на максимальних рівнях ap і f. Найвищі осьові залишкові напруження стиску можуть бути досягнуті при мінімумах ap і f і максимумі vc. Найвище тангенціальне залишкове напруження стиску може бути досягнуто при максимальних ap і f і мінімальних vc.