بررسی اثر پارامترهای کنترلی فرآیند عملیات سطحی کوبش فراصوتی بر تنش‌های پسماند ایجاد شده روی ورق آلومینیوم آلیاژی Al6061

عملیات سطحی کوبش فراصوتی (اولتراسونیک نیدل پینینگ) از روش‌های نوین قابل استفاده جهت تقویت سطوح قطعات فلزی در برابر بارگذاری‌های استاتیکی و دینامیکی می باشد. استفاده از این فرایند نیازمند انتخاب دقیق و بهینه پارامترهای عملکردی است. در پژوهش حاضر، با استفاده از مطالعه عددی تاثیر پارامترهای مانند: قطر پین (needle)، دامنه، سرعت حرکت دستگاه و نیروی استاتیکی بر روی تنش پسماند ایجاد شده روی ورق های آلومنیوم آلیاژی al6061 بررسی شده است. با استفاده از دستگاه تفرق اشعه ایکس تنش پسماند اندازه گیری شد. از روش لایه برداری الکتروشیمیایی جهت اندازه گیری توزیع تنش پسماند در عمق نمونه استفاده گردید. مدل سه بعدی اجزاء محدود فرایند عملیات سطحی کوبش فراصوتی با استفاده از نرم افزار آباکوس شبیه سازی شد. با استفاده از اندازه گیری های آزمایشگاهی تنش پسماند مدل اجزا محدود ارایه شده اعتبار سنجی شد. سپس، پارامترهای مهم فرایند کوبش فراصوتی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود بررسی شد. جهت طراحی آزمایش ها و بهینه سازی پارامتراهای فرایند از روش تاگوچی استفاده شد. بر اساس نتایج مشخص شد که قطر پین در مقایسه با پارامترهای دیگر تاثیر کمتری بر روی تنش پسماند فشاری بیشینه دارد و تنش پسماند با افزایش دامنه و کاهش سرعت حرکت ابزار افزایش می یابد. همچنین، در حالت انتخاب پارامترهای بهینه بیشینه تنش پسماند 24% افزایش یافت.

Influence of the process parameters on induced residual stress by ultrasonic needle peening on Al6061alloy

AbstractUltrasonic needle penning is a modern technique that enhances the surface properties of metallic components by imposing static and dynamic loadings. The efficiency of this technique dramatically is dependent on the process parameters. In this study an experimental and numerical investigation on ultrasonic needle penning was carried out. The numerically predicted residual stress profile was verified using Xray diffraction measurement of residual stress. A 3D finite element model of ultrasonic needle penning was simulated by ABAQUS software. Moreover, a parametric study was performed to investigate the effects of needle diameter, amplitude, device moving speed and static force on residual stress distribution. In order to design of experiments and determine the optimized process parameters of ultrasonic needle penning, Taguchi rsquo;s method was implemented. Based on the results, needle diameter had the lowest impact on maximum compressive residual stress and residual stress increases by increasing amplitude and reducing device moving speed. The maximum residual stress was achieved for the needle diameter of 4mm, the amplitude of 16 micro;m, the device moving speed of 1.5cm/s and the static force of 10N. For the optimum case, compressive residual stress was improved 24%.