بررسي اثر زبري سطح بر عمر خستگي در فرايند‌ سوراخ‌ كاري فولاد سخت

Evaluation of Surface Roughness Effect on Fatigue Life in Drilling of Hardened Steel

در اين پژوهش، اثر زبري سطح بر عمر خستگي در فرايند سوراخ‌كاري فولاد AISI4340 مورد بررسي قرار گرفت. سه روش ايجاد سوراخ شامل سوراخ‌كاري سنتي با و بدون پيش‌مته و فرزكاري مارپيچ به‌ كار گرفته شدند. به منظور مطالعه اثر زبري سطح و پارامترهاي فرايند روي استحكام خستگي، دو پارامتر اصلي برش شامل؛ سرعت برشي (Vc) و نرخ پيشروي (fz) با استفاده از طرح آزمايش رويه پاسخ در 5 سطح تغيير داده شدند. در هر آزمايش 5 پارامتر اصلي پروفيل زبري سطح شامل Rz، Rt، Ra، Rq و Rsm اندازه‌گيري شدند. سپس عمر هر نمونه با استفاده از آزمون‌هاي خستگي بدست آمد. با درنظرگرفتن آزمايش‌هاي اعتبارسنجي، 13 آزمون خستگي براي هر راهبرد سوراخ‌كاري انجام گرفت (مجموع 39 آزمون خستگي). نتايج نشان داد كه روي سطح سوراخ ايجاد شده توسط فرايند سوراخ‌كاري سنتي، اثراتي از مسير ابزار، خراش‌هاي ناشي از برخورد براده‌ها و اثر شخم‌ زني بوجود مي‌آيد. اين اثرات در ساير فرايندها ناچيز بود. بر همين اساس نيز، بيشترين زبري سطح به‌ترتيب در فرايند‌هاي سوراخ‌كاري سنتي، سوراخ‌كاري با پيش‌مته و فرايند فرزكاري مارپيچ مشاهده گرديد. همچنين، مدل تخمين عمر بر اساس معيار زبري Rz با خطاي ميانگين 4.4% بهترين تخمين عمر خستگي را دارا بود. در واقع، عمر خستگي وابستگي بيشتري به اختلاف ارتفاع پستي و بلندي ماكزيممي دارد كه در مجاور هم هستند. همچنين مشاهده شد كه در توسعه مدل تخمين عمر خستگي قطعات سوراخ‌دار، استفاده از مدل بر پايه پارامتر زبري سطح در مقايسه با پارامترهاي برش، ماكزيمم خطاي تخمين عمر خستگي را از 16/4% به 7/5% درصد كاهش مي دهد.

In this study, the effect of surface roughness on fatigue life was investigated in drilling process of AISI4340 steel. Three hole making methods including drilling with and without pre-drill and helical milling were utilized. In order to study the effect of surface roughness and process parameters on fatigue strength, the two main cutting parameters including cutting speed (Vc) and feed rate (fz) were changed at 5 levels using the response surface method. Five main parameter of surface roughness profile including Rz, Rt, Ra, Rq, and Rsm were measured in each experiment. Then, the fatigue life of specimens were obtained using fatigue tests. Regarding the validation experiments, 13 fatigue tests were carried out for each drilling strategy (39 fatigue tests totally). Investigation of surface texture showed the signs of the tool path, scratches by the chip collisions and ploughing on whole surfaces in the conventional drilling. These effects were negligible in other processes. Accordingly, the highest roughness was observed in conventional drilling, drilling with pre-drill and helical milling processes respectively. Also, the fatigue life estimation model based on Rz had the best estimation with an average error of 4.4%. In fact, the fatigue life is more dependent on the difference between adjacent peaks and valleys. It was also observed that a model based on the roughness parameter will decrease the maximum prediction error of the fatigue life from 16.4% to 7.5% compared to a model based on the cutting parameters.