مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

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

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
2 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
چکیده
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.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

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

نویسندگان English

Abbas Pak 1
Hamed Samimi 2
1 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
2 MSc Graduate, Department of Mechanical Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده English

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.

کلیدواژه‌ها English

Ultrasonic Hammer Peening
Simulation
Residual Stress
Aluminum
[1] Mattox DM. Handbook of physical vapor deposition (PVD) processing. William Andrew; 2010 Apr 29.
[2] Liu Y, Wang L, Wang D. Finite element modeling of ultrasonic surface rolling process. Journal of Materials Processing Technology. 2011 Dec 1;211(12):2106-13. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2011.07.009
[3] Akbarzadeh B, Gorji H, Bakhshi M, Jamaati R, Mirnia MJ. Development of a new process for the severe plastic deformation of AA 1050 to improve the mechanical properties. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2020 Jun 21;7(4):19-29. [In Persian]
[4] Abdullah A, Pak A, Abedini A. Design and manufacture of ultrasonic hammer penning tool. Patent, Iran, 2009.
[5] Sun L, Huang L, Wu P, Huang R, Fang N, Xu F, Xu K. Progress on the effect and mechanism of ultrasonic impact treatment on additive manufactured metal fabrications. Crystals. 2023 Jun 22;13(7):995. doi: 10.3390/cryst13070995
[6] Li L, Kim M, Lee S, Kim J, Kim H, Lee D. Study on surface modification of aluminum 6061 by multiple ultrasonic impact treatments. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018 Apr;96:1255-64.doi: 10.1016/j.msea.2004.07.025
[7] Statnikov S. Guide for application of ultrasonic impact treatment improving fatigue life of welded structures. International Institute of Welding. 1999;1757(99):1-7. 
[8] Zhu QF, Sun ZM, Ma TD, Klimenov VA, Borozna V, Zhu BH. Effect of ultrasonic surface peening on fatigue property of 7B04 high strength and toughness aluminum alloy. InMaterials Science Forum 2010 Oct 1 (Vol. 654, pp. 1892-1895). Trans Tech Publications Ltd. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.654-656.1892
[9] Zhang R, Li X, Liu Y, He C, Wang Q. Effect of ultrasonic peening treatment on VHCF behavior of friction stir welded joints in aluminum alloys. InIOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2019 Oct 1 (Vol. 611, No. 1, p. 012011). IOP Publishing. doi: 10.30684/etj.v39i9.1725
[10] Zhu L, Guan Y, Wang Z, Zheng H, Lin J, Zhai J, Xie Z. Influence of surface nanocrystallization and partial amorphization induced by ultrasonic shot peening on surface properties of 7075 aluminum alloy. Journal of Materials Engineering and Performance. 2020 Nov;29:7693-709. doi: 10.1007/s11665-020-05219-5
[11] Efe Y, Karademir I, Husem F, Maleki E, Karimbaev R, Amanov A, Unal O. Enhancement in microstructural and mechanical performance of AA7075 aluminum alloy via severe shot peening and ultrasonic nanocrystal surface modification. Applied Surface Science. 2020 Oct 30;528:146922. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.146922
[12] Ding B, He M, Ma R, Xie L, Wang J, Zou S, Liu C. Influence of ultrasonic impact treatment on corrosion resistance of 7075 aluminum alloy welded joint. InJournal of Physics: Conference Series 2023 Aug 1 (Vol. 2578, No. 1, p. 012026). IOP Publishing.
[13] Mahmood AA, Kokz SA, Mohsen AM. The influence of ultrasonic impact peening (Uip) on the mechanical properties and fatigue life of the Aa1100 alloy. Journal of Applied Engineering Science. 2023 Mar 27;21(2):384-91. doi: 10.5937/jaes0-38125
[14] Samimi H, Pak A. Investigating the effect of the ultrasonic hammer peening on the wear properties of Aluminum alloy 6061. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023 Sep 23;10(7):26-35. [In Persian]
[15] Akram S, Jaffery SH, Khan M, Fahad M, Mubashar A, Ali L. Numerical and experimental investigation of Johnson–Cook material models for aluminum (Al 6061-T6) alloy using orthogonal machining approach. Advances in Mechanical Engineering. 2018 Sep;10(9):1687814018797794.doi: 10.1177/1687814018797794