مدلسازی و بررسی هندسه پین و دامنه نوسان بر تنش پسماند در فرآیند کوبش فراصوتی

فناوری کوبش فراصوتی یکی از فناوری‌های جدید تغییر شکل پلاستیک سرد است،که در آن ابزار ارتعاشی با حرکات رفت و برگشتی با فرکانس بالا، به سطح قطعه‌کار ضربه زده و موجب تغییر شکل پلاستیک شدید در سطح می‌شود. اعمال ضربات فراصوتی در سطح مواد باعث افزایش سختی سطح، ایجاد تنش پسماند فشاری، کاهش اندازه دانه‌ها، کاهش زبری سطح و تغییر الگوی سطح خواهد شد. در فرآیند چکش‌کاری فراصوتی ضربات از طریق پین به قطعه‌کار منتقل می‌شود. لذا مشخصات پین شامل شکل هندسی، طول، قطر و زاویه برخورد در فرآیند چکش‌کاری فراصوتی مهم می‌باشد. هدف از این مقاله بررسی هندسه پین و اثر آن بر مقدار و عمق تنش بوسیله شبیه سازی عددی توسط نرم افزار آباکوس است. با توجه به نتایج مدلسازی با افزایش دامنه نوسان، حداکثر تنش پسماند فشاری و عمق تنش پسماند فشاری افزایش یافت. در مدلسازی فرایند چکش‌کاری فراصوتی با افزایش قطر پین از 3 به 5 میلی متر حداکثر تنش پسماند فشاری کاهش یافته و عمق تنش افزایش یافت. همچنین افزایش شعاع نوک پین باعث افزایش تنش پسماند فشاری و کاهش عمق تنش گردیده است.

modeling and investigation of pin geometry and vibration amplitude on the residual stress in ultrasonic hammer peening process

ultrasonic hammer peening process is one of the new technologies of cold plastic deformation, in which a tool with high-frequency vibration impacts the surface of the workpiece and causes severe plastic deformation on the surface. applying ultrasonic impacts to the material surface will increase the hardness of the surface, induce compressive residual stress, reduce the grain size, reduce the surface roughness and change the surface texture. in the process of ultrasonic hammer peening, the impacts are transferred to the workpiece through the pin. therefore, pin specifications including geometric shape, length, diameter and impact angle are important in ultrasonic hammer peening process. the purpose of this article is to investigate the geometry of the pin and its effect on the amount and depth of stress by numerical simulation using abaqus software. according to the modeling results, the maximum compressive residual stress and the depth of the compressive residual stress increased with the increase of the vibration amplitude. in the modeling of the ultrasonic hammer peening process, by increasing the diameter of the pin from 3 to 5 mm, the maximum compressive residual stress decreased and the stress depth increased. also, increasing the pin tip radius has increased the compressive residual stress and decreased the stress depth.