مطالعه تجربي و عددي فرآيند نورد سطحي به همراه ارتعاشات آلتراسونيك و تاثير ارتعاشات آلتراسونيك بر بهبود خواص مكانيكي نمونه ها

چكيده فارسي :

چكيده: طي دو دههي گذشته، تلاشهاي بسياري جهت ابداع و توسعه روشهاي تغيير شكل پلاستيك شديد براي توليد نمونههاي فلزي بسيار ريزدانه و يا نانو ساختار انجام شده است. تغيير شكل شديد فلزات به روشهاي گوناگون قابل انجام است كه در اين پژوهش، فرآيند نورد سطحي به دليل مزاياي ويژهي آن و امكان توليد صنعتي و تجاري، مورد توجه قرار گرفته است. ماشين ابزار نورد سطحي به همراه ارتعاشات آلتراسونيك، دستگاهي است كه با استفاده از فناوري مافوق صوت، به بهبود خواص مكانيكي سطوح آلياژي ميپردازد. در اين پژوهش، ابتدا هورن پنج الماني با هندسه استوانهاي- مخروطي، توسط دو روش تئوري و عددي طراحي و تحليل گرديده و فركانس طبيعي، شكل مود و ضريب تقويت آن بهدست ميآيد. سپس به دليل هندسهي پيچيدهي ابزار ارتعاشي نهايي، از روش عددي براي طراحي و تحليل آن استفاده ميگردد. همچنين تحليل مودال عددي سامانه ارتعاشي دستگاه مذكور بهصورت يكپارچه انجام ميشود تا فركانس طبيعي، شكل مود و ضريب تقويت سامانهي ارتعاشي بهدست آيد. آنگاه بهمنظور تبيين رفتار نوساني انتهاي هورن، تحت تأثير ارتعاشات اجباري آلتراسونيك، به تحليل هارمونيك عددي ابزار شكلدهي، قبل و بعد از درگيري با قطعهكار پرداخته ميشود. تحريك اجباري هورن ارتعاشي در فركانس طبيعي حاصل از تحليل عددي مودال انجام ميشود، تا در صورت نبود امكان اندازهگيري تجربي، جابجايي نوساني انتهاي هورن استخراج و گزارش شود. در قدم بعدي، با بهرهگيري از نتايج تحليل هارمونيك هورن در حالت درگير با قطعهكار، به شبيه سازي المان محدود فرآيند نورد سطحي به همراه ارتعاشات آلتراسونيك پرداخته ميشود. در همين راستا، طراحي، ساخت و مونتاژ سامانه ارتعاشي كامل براي انجام عملي فرآيند مذكور نيز انجام ميپذيرد. آنگاه عمليات نورد سطحي در دو حالت حضور و عدم حضور ارتعاشات آلتراسونيك، توسط ابزار كروي با جنس Mo40 و نوك سختكاري شده انجام ميگردد. نمونههاي آزمايش، قطعات فولادي با درصد كربنهاي مختلف (كم كربن، متوسط كربن، پركربن) در نظر گرفته شده است. طراحي آزمايش، فاكتورها و سطوح آزمايش، با توجه به اهداف در نظر گرفته شده يعني تأثير نورد سطحي بر خواص مكانيكي سطح و نيز بهبود عمر خستگي انجام گرفته است. از مهمترين يافتهها ميتوان به اين نكته اشاره نمود كه با افزايش فشار استاتيك و اعمال ارتعاشات آلتراسونيك، راندمان فرآيند نورد سطحي نسبت به نمونههاي اوليه و فرآيند معمول بهبود يافته است. همچنين تصاوير ميكروسكوپ نوري، افزايش ميكروسختي سطحي و بهبود نسبي عمر خستگي، حكايت از بهبود خواص مكانيكي سطح در اثر ايجاد تنشهاي پسماند فشاري و ريز شدن دانههاي سطحي مينمايد. با بررسي ميكروسختي سطح نمونهها، مشخص گرديد كه حضور ارتعاشات آلتراسونيك با دامنه نوسانات بالاتر، منجر به سختتر شدن سطح نمونهها، خصوصا در قطعات فولادي با درصد كربن بالاتر شده است. همچنين تأثير ارتعاشات آلتراسونيك با دامنههاي نوساني متفاوت بر روي نمونههاي خستگي نيز مورد مطالعه قرار گرفت كه در كليه نمونهها، عمر نسبي خستگي بعد از اعمال ارتعاشات آلتراسونيك بهبود يافت. نتايج بهدست آمده در اين تحقيق در خصوص سه فولاد پركاربرد در صنعت، دستيابي به تكنولوژي موثر و كارا در صنايع مختلف را نشان ميدهد.

كي منش، محمد

مطالعه تجربي و عددي فرآيند نورد سطحي به همراه ارتعاشات آلتراسونيك و تاثير ارتعاشات آلتراسونيك بر بهبود خواص مكانيكي نمونه ها

فرآيند نورد سطحي , تقويت كننده , هورن , آناليز مودال , ميكروسختي , خستگي , ريز ساختار , تحليل هارمونيك , تنش پسماند