22096

بررسي اثر پارامترهاي فرايند وايركات بر عمر خستگي قطعات فولادي

كارشناسي ارشد

ساخت و توليد - شكل دهي فلزات

1396

1399/03/06

دكتر محمد صديقي

مكانيك

مزيت‌‌هاي زياد فرايند وايركات يا تخليه الكتريكي سيمي، سبب افزايش كاربرد اين روش در توليدات صنعتي، قالبسازي، صنايع پزشكي و حمل و نقل شده است. با اين حال، به علت نواقصي كه پس از ماشينكاري در سطح قطعه ظاهر مي‌شود، كيفيت سطح به خطر مي‌افتد كه مي¬تواند اثرات چشمگيري بر عمر خستگي قطعات توليدي داشته باشد. در اين پايان¬نامه با تغيير پارامترهاي تاثيرگذار در فرايند وايركات از جمله زمان روشني پالس و فركانس جرقه، نمونه‌هايي از جنس فولاد 4340 ماشينكاري شده¬اند. صافي سطح و ضخامت لايه¬ي سطحي ايجاد شده در اين نمونه¬ها اساس ارزيابي كيفيت سطح آن‌ها قرار گرفته است. سپس آزمون خستگي كشش-فشار در رژيم پرچرخه انجام گرفته و منحني¬هاي تنش-عمر رسم شده است. همچنين تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي جهت بررسي لايه¬هاي سطحي و نيز مشاهده¬ي سطح شكست نمونه‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. نتايج نشان دهنده¬ي آن است كه لايه¬هاي ناهموار سطحي تشكيل شده پس از عمليات وايركات محل مناسبي براي آغاز و رشد ترك¬هاي خستگي بوده و با افزايش ضخامت اين لايه¬ها و زبري سطح، عمر خستگي نمونه¬ها كاهش مي¬يابد. بهترين كيفيت سطح، حين وايركات با پارامترهاي زمان روشني پالسµs 8/0 و فركانس 75% ايجاد شد كه ضخامت لايه¬هاي سطحي و صافي سطح در آن به ترتيبµm 4/15 و µm 3/2 محاسبه شد. همچنين بدترين كيفيت سطح نيز مربوط به پارامترهاي زمان روشني پالسµs 0/1 و فركانس 100% بود كه ضخامت لايه¬هاي سطحي و صافي سطح در آن به ترتيب µm 0/29 و µm 3/3 محاسبه شد. عمر خستگي نمونه¬هاي وايركات شده با زمان روشني پالسµs 8/0 و فركانس 75%، تحت تنشMpa 450، حدود 30% كمتر از نمونه¬هاي سنگ¬زني شده بود. در صورتي كه از پارامترهاي زمان روشني پالسµs 0/1 و فركانس %100 استفاده شود، كاهش عمر خستگي به %50 مي¬رسد. در تنش¬هاي پايين¬تر (Mpa 350) اين اختلاف بيشتر شده و كاهش عمر خستگي در حدود 70% الي 95% را در پي دارد.

1399/03/30

Investigating Effect of Wire-cut Process Parameters on Fatigue Life of Steel Parts

5/27/2021 12:00:00 AM

The great advantages of wire-cut or wire electrical discharge machining (WEDM) process have made it to be widely used in industrial production, molding, medical and transportation industries. However, due to defects appear on the surface after the machining, the quality of the surface integrity decreases, which could have significant effects on fatigue life of the manufactured parts. In this thesis, 4340 steel specimens were machined by WEDM with different effective parameters including pulse on-time and spark frequency. The surface roughness and the thickness of the surface layer in these specimens were considered to assess the quality of their surface integrity. Afterward, pull-push fatigue tests were performed on the specimens in high cycle regime and the stress-life curves were obtained. Moreover, scanning electron microscopy images were employed to evaluate the surface layers and observe the fracture surface of the samples. The results indicate that the formed rough surface layers are prone sites for crack initiation and propagation. The fatigue life of the specimens decreases by increasing the thickness and roughness of the surface layers. The best surface quality was obtained by applying the wire-cut parameters of 0.8 µs pulse on-time and a frequency of 75%, in which the thickness of the surface layer and the surface roughness were measured 15.4 µm and 2.3 µm, respectively. Also, the worst surface quality was resulted from the parameters of 1.0 µs pulse on-time and 100% frequency. The thickness of the surface layer and the surface roughness of this sample were respectively 29 µm and 3.3 µm. The fatigue life of the WEDM specimen with 0.8µs pulse on-time and 75% frequency under a stress amplitude of 450 MPa was approximately 30% lower than that of the ground specimens. In the case of 0.1 µs pulse on-time and 100% frequency, the samples showed a fatigue life reduction of 50%. At lower stress amplitudes (for instance 350 MPa), this difference was increased and the fatigue life was reduced by 70-95%.