توصيفگر ها :
بافت سطح , ميكروحفره , شكل دهي فلزات , سايش , اصطكاك
چكيده فارسي :
چكيده
دانشمندان از ديرباز در پي روشي براي كنترل اصطكاك و سايش بوده¬اند. يكي از اين روش¬ها تغيير در بافت سطح با ايجاد شيار يا حفره¬هايي روي سطح است. در اين پژوهش به بررسي اثر ميكرو حفره¬هاي ايجادشده به كمك روش شكل¬دهي، بر ميزان سايش و اصطكاك نمونه¬هايي از جنس فولاد St37پرداختهشده است. در ابتدا پارامترهاي مؤثر بر بافت سطحي ازجمله شكل و اندازه حفره، چگالي سطحي و جهتگيري حفره، و نسبت عمق به قطر معرفيشده است. سپس روش¬هاي مختلف ايجاد حفره¬ها بر روي سطح، مانند روش مكانيكي، ليزر، روش¬هاي شيميايي و جت مواد ساينده توضيح دادهشده است. مزيت¬هاي روش مكانيكي كه اغلب مورداستفاده قرار مي¬گيرد شامل هزينه نسبتا كم و زمان كم براي ايجاد ميكرو حفره¬ها است. يك ابزار جديد شكل¬دهي بر اساس فروروندگي مكانيكي طراحي شد. همچنين يك مكانيزم نگهدارنده مناسب براي ابزار طراحي شد. ابزار و قطعه كار بر روي يك ميز فرز كنترل عددي قرار داده شد و ميكرو حفره¬هاي مربعي شكل با چگالي سطحي 6 درصد بر روي سطح قطعه كار ايجاد شد. از يك سيلندر پنوماتيكي براي فروبردن ابزار در قطعه كار استفاده شد. ابعاد و شكل حفره به ترتيب با استفاده از يك ميكروسكوپ نوري و دستگاه زبري سنج اندازهگيري شد. نتايج نشان داد مكانيزم پيشنهادي توانايي ايجاد ميكرو حفرههايي با ابعادي در حدود 200 ميكرومتر را داراست. براي اندازهگيري تأثير ميكرو حفرههاي ايجادشده بر ميزان سايش و اصطكاك از آزمون پين روي ديسك بر روي سطح داراي بافت سطح و بدون بافت سطح استفاده شد. با توجه به اينكه در دستگاه پين روي ديسك در دسترس و موجود در دانشگاه صنعتي اصفهان از پين سر كروي استفاده مي-شود، يك سيستم خودتنظيم براي جايگزيني پين سر كروي با پين انتها مسطح طراحي شد. آزمايش¬ها در سرعت¬هاي 1/0 و 2/0 متر بر ثانيه و نيروي عمودي 25 و 50 نيوتن انجامشده است. آزمون در مسافت 250 متري متوقف و ميزان جرم ازدسترفته اندازهگيري شد. نتايج 5 تا 19 درصد كاهش در اصطكاك و 22 تا 32 درصد كاهش در ميزان سايش را براي بافت سطح ايجادشده در عدم حضور روان¬كار نشان داد. علاوه بر اين، در حضور روان¬كار بافت سطح 5/4 تا 24 درصد، كاهش اصطكاك و 30 تا 50 درصد كاهش در ميزان سايش را نشان داد. همچنين در يك بررسي بر روي شكل حفره نشان داده شد برآمدگي ايجادشده اطراف سطح حفره تأثير منفي بر خواص تريبولوژي سطح دارد. بنابراين با استفاده از روش پيشنهادي، بهمنظور بهبود خواص تريبولوژي بافت سطح، پرداخت سطحي بر روي سطح قطعه كار پس از ايجاد حفره¬ها لازم است.
كلمات كليدي: بافت سطح، ميكرو حفره، شكل¬دهي فلزات ، سايش، اصطكاك
چكيده انگليسي :
abstract
For a long time, scientists have been exploring ways to control friction and abrasion. Changing surface texture through creating grooves and dimples is one of those ways. In this research, the effect of creating micro-dimples using metal forming on friction and abrasion was studied for St-37 steel. The effect of surface texture parameters including shape and size of dimples, surface pattern, dimple density and ratio of depth to diameter was first introduced. Then, different techniques for creating dimples on the surface such as mechanical, laser, chemical and abrasive jet machining was explained. The advantages of mechanical methods use often include relatively low cost and short time for generation of dimples. In this word, a new forming tool based on mechanical indentation and a proper mechanism for tool holding was designed. The tool and workpiece were mounted on a CNC-milling machine and square-shaped dimples with 6% density were created on the workpiece surface. A pneumatic cylinder was used to press the tool into the workpiece. The dimensions and profiles of dimples were measured using an optical microscope and a surface roughnes measuring machine, respectively. The results showed that the proposed mechanism was able to create dimples of approximately 200 µm. In order to evaluate the effect of generated dimples on friction and abrasion, pin-on-disk test were carried out on both the textured and untextured surfaces. Given that the available pin-on-disk tribometer at Isfahan University of Technology uses spherical end pins, a self-adjusting mechanism was designed to replace the spherical end pin by a flat end pin. The tests were conducted at sliding speed of 0.1 and 0.2 m/s and applied normal forces of 25 and 50 N. The tests were stopped at a sliding distance of 250 m and weight loss was evaluated as a measure of abrasion. The results showed 5-19% reduction in friction and 22-32% decrease in abrasion for textured surfaces in the absence of lubricant. Moreover, in the presence of lubricating oil, the textured surfaces showed 4.5-24% reduction in friction and 30-50% decrease in abrasion. An investigation of dimple profiles was also showed that the peaks formed around the surface of dimples had a negative impact on the tribological behavior of the surfaces. Therefore, polishing the workpiece surface after forming dimple is required to improve the tribological effects of surface texturing using the proposed method.
Keywords:
Surface texture, Micro-dimple, Metal forming, Abrasion, Friction