Fem analysis of the burnishing process of X5CrNi18-10 stainless steel

Abstract

The burnishing process can improve the surface roughness of machined parts, while having an advantageous effect on the properties of the layer below the surface. In this paper the effect of the surface speed, the feed rate and pressing force are analysed with Finite Element Method. The affected width and depth were analysed during one pass of the burnishing tool. We also examined the highest pressure and the stress distribution of the surface layer. The values of the studied parameters were chosen according to the “Design of Experiments” method. Equations determining the studied properties were also given.

Алмазне вигладжування призводить до сприятливого поєднання тривимірних параметрів висоти та форми текстури поверхні з точки зору підвищення зносостійкості. Значення порушеної глибини та ширини при вигладжуванні різних матеріалів є важливою інформацією під час планування процесу. Метою даного дослідження є опис методом МКЕ глибини, що порушується, і ширини при вигладжуванні алмазним індентором. Моделювання шляхом кінцевих елементів було виконано за допомогою програмного забезпечення ThirdWave Advantedge 7.601. Вигладжування валу моделювалося на площині. Сила вигладжування регулювалася точним регулюванням параметра глибини різання, при якому видалення стружки не відбувалося, а бажане навантаження могло бути виміряне за силою, що перпендикулярна поверхні заготовки. Як матеріал заготівки була обрана нержавіюча сталь марки Х5ХН18-10. У цьому дослідженні проаналізовано три параметри процесу: швидкість (v), подача (f), сила вигладжування (F). Значення цих параметрів було обрано відповідно до методу повного факторного планування експериментів. У цьому дослідженні вимірювали 4 параметри у кожній установці. Перший – це глибина напруження, що є глибиною, на якій виникає напруження по Мізесу не менше 350 МПа, що в 1,5 рази перевищує межу міцності матеріалу. Другий – глибина вигладжування, яка вимірює порушену глибину відповідно до перпендикулярного напруження (напруження Y-Y в позначеннях програми). Третє значення – ширина полірування, яка вимірює задіяну ширину відповідно до напруження зсуву (напруження Y-Z в позначенні програми). Останнім параметром, що вивчався, є максимальне значення тиску, що виникає в поверхневому шарі при вигладжуванні. Автори дійшли висновку, що збільшення перпендикулярної сили дає зростаючу дію на ці параметри, проте можна побачити більше збільшення глибини впливу, ніж глибини напруження. Збільшення поверхневої швидкості призвело до цікавого відкриття. У той час як збільшення швидкості в 1,5 раза призвело до збільшення глибини напружень в середньому в 1,2 раза, глибина впливу залишилася незмінною. Подвоєння подачі призводить до збільшення глибини напружень в середньому в 1,25 рази, у той час як глибина впливу збільшується тільки при більш високих налаштуваннях навантаження і залишається майже незмінною, якщо зусилля вигладжування було відрегульовано до 30 Н. Зміна поверхневої швидкості дуже слабко впливає на ці параметри (зміна 0–16%). Однак збільшення подачі значно впливає на порушену ширину. При збільшенні подачі 1,5 разу спостерігається збільшення ураженої ширини в 1,2–1,8 рази. Ефект зміни сили вигладжування залежить від величини подачі. Як і очікувалося, максимальне значення тиску збільшується зі збільшенням сили вигладжування: збільшення останньої в 1,33 рази призводить до збільшення середнього тиску в 1,2 рази.