بررسی اثر زبری سطح بر عمر خستگی در فرایند‌ سوراخ‌کاری فولاد سخت

در این پژوهش، اثر زبری سطح بر عمر خستگی در فرایند سوراخ‌کاری فولاد aisi4340 مورد بررسی قرار گرفت. سه روش ایجاد سوراخ شامل سوراخ‌کاری سنتی با و بدون پیش‌مته و فرزکاری مارپیچ به‌کارگرفته شدند. به منظور مطالعه اثر زبری سطح و پارامترهای فرایند روی استحکام خستگی، دو پارامتر اصلی برش شامل؛ سرعت برشی (vc) و نرخ پیشروی (fz) با استفاده از طرح آزمایش رویه پاسخ در 5 سطح تغییر داده شدند. در هر آزمایش 5 پارامتر اصلی پروفیل زبری سطح شامل rz، rt، ra، rq و rsm اندازه‌گیری شدند. سپس عمر هر نمونه با استفاده از آزمون‌های خستگی بدست آمد. با درنظرگرفتن آزمایش‌های اعتبارسنجی، 13 آزمون خستگی برای هر راهبرد سوراخ‌کاری انجام گرفت (مجموع 39 آزمون خستگی). نتایج نشان داد که روی سطح سوراخ ایجاد شده توسط فرایند سوراخ‌کاری سنتی، اثراتی از مسیر ابزار، خراش‌های ناشی از برخورد براده‌ها و اثر شخم‌زنی بوجود می‌آید. این اثرات در سایر فرایندها ناچیز بود. بر همین اساس نیز، بیشترین زبری سطح به‌ترتیب در فرایند‌های سوراخ‌کاری سنتی، سوراخ‌کاری با پیش‌مته و فرایند فرزکاری مارپیچ مشاهده گردید. همچنین، مدل تخمین عمر بر اساس معیار زبری rz با خطای میانگین 4.4% بهترین تخمین عمر خستگی را دارا بود. در واقع، عمر خستگی وابستگی بیشتری به اختلاف ارتفاع پستی و بلندی ماکزیممی دارد که در مجاور هم هستند. همچنین مشاهده شد که در توسعه مدل تخمین عمر خستگی قطعات سوراخ‌دار، استفاده از مدل بر پایه پارامتر زبری سطح در مقایسه با پارامترهای برش، عمر خستگی را بهتر و با خطای کمتری محاسبه می‌کند.

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

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 predrill 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 hole surfaces in the conventional drilling. These effects were negligible in other processes. Accordingly, the highest roughness was observed in conventional drilling, drilling with predrill 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 predict the fatigue life with lower error compared to a model based on the cutting parameters.