Raport użytkownika:
Test wytrzymałościowy na utwardzanie powierzchniowe

Ilustracja krzywej wytrzymałości boków zębów

Wydział Procesów Wytwarzania Form w Laboratorium Obrabiarek i Inżynierii Produkcji (WZL ) Uniwersytetu RWTH w Aachen zajmuje się m.in. badaniem procesów obróbki krawędzi, takich jak walcowanie głębokie i mechaniczne młotkowanie powierzchniowe (MOH). W MOH, uderzenia wysokiej częstotliwości głowicy stempla kulistego w większości przypadków powodują wygładzenie powierzchni lub ukierunkowaną strukturę, resztkowe naprężenia ściskające są wprowadzane do przedmiotu obrabianego, a hartowanie odbywa się w strefie krawędzi.

Powód zastosowania metody nadruku

Przeprowadzono badania zakłócające w celu wygenerowania krzywych płynięcia dla materiału podstawowego, ale jest to wykonalne tylko w ograniczonym zakresie dla warstwy wierzchniej, ponieważ produkcja próbek zakłócających o właściwościach materiałowych warstwy wierzchniej jest możliwa tylko w ograniczonym zakresie. Konieczne jest hartowanie całej średnicy próbek zakłócających w zależności od twardości próbki analogowej z boku zęba. Należy zwrócić uwagę, że w przypadku, gdy głębokość hartowania próbek zakłócających EHT = 3 mm jest generowana, co jest trudne do realizacji. Dla porównania, głębokość hartowania próbek analogowych na powierzchni czołowej zęba wynosi EHT = 1,2 +/- 0,2 mm z uwzględnieniem naddatku na szlifowanie wynoszącego 0,2 mm.

Cytat:
"Metodą wgłębień wybrano alternatywę dla testu denerwującego. Dzięki tej metodzie, krzywe przepływu są rejestrowane bezpośrednio na analogowych próbkach z boku zęba, co sprawia, że skomplikowany proces wytwarzania próbek nie jest konieczny. Ponadto metoda ta umożliwia wygenerowanie profilu głębokości krzywych płynięcia, a tym samym mapowanie obszaru przejściowego pomiędzy utwardzoną warstwą powierzchniową a materiałem bazowym". (2020)
Profil wytrzymałościowy w strefie brzeżnej próbki analogii brzeżnej zęba

Procedura badania i wyniki

Pomiar i wynik

W celu uzyskania jak najdokładniejszej analizy warstwy wierzchniej, składnik był skanowany warstwa po warstwie w odstępach 100 µm od powierzchni do wytrzymałości rdzenia. Dla każdej warstwy oceniono wartość średnią z pięciu punktów pomiarowych.

Stosując metodę wgłębień zgodnie z DIN SPEC 4864, uzyskuje się krzywą wytrzymałości z warstwy wierzchniej do rdzenia utwardzonego elementem. Krzywe przepływu zostały dostarczone do WZL RWTH Aachen jako prawdziwe i techniczne krzywe przepływu. W następnym kroku, zmierzone krzywe płynięcia są przenoszone na model materiału, który opisuje zachowanie się przepływu w funkcji odległości od powierzchni.

Rysunek przedstawia wyznaczone krzywe przepływu w utwardzonej warstwie powierzchniowej aż do strefy rdzenia.

Dalsze informacje na temat projektu WZL

W ramach projektu badawczego finansowanego przez DFG KL500/192-1 - Optymalizacja hartowanych maszynowo powierzchni zębów ostrołukowych (Optigear) badany jest wpływ mechanicznie hartowanych boków zębów wykonanych z hartowanych skrzynkowo 16MnCr5 (1.7131) na wżery i tarcie. Na podstawie modyfikacji integralności powierzchni w postaci naprężeń szczątkowych, twardości i topografii, ustalane są zależności przyczynowo-skutkowe pomiędzy obróbką MOH a nośnością wgłębną i tarciem boków zębów w kontakcie tocznym. Wpływ MOH na strefę krawędziową analogowych próbek cylindrycznych, nawęglanych na boki zębów jest analizowany zarówno eksperymentalnie, jak i symulacyjnie. 

Podejście symulacyjne jest realizowane za pomocą metody elementów skończonych (FEM). Czynnikiem decydującym w symulacjach MES jest opis zachowania się materiału. Zachowanie tworzywa sztucznego jest zapisywane w modelu materiałowym za pomocą zapisanych krzywych przepływu. Ze względu na utwardzanie skrzynek, zachowanie się warstwy wierzchniej w trakcie płynięcia różni się od zachowania się materiału bazowego, który jest nadal obecny we wnętrzu. Dlatego w modelu dokonuje się rozróżnienia między warstwą powierzchniową a materiałem bazowym. W związku z tym modele materiałowe są zdeponowane. W poprzednich pracach przeprowadzano testy zakłócające w celu wygenerowania krzywych przepływu.

LarsUhlmann, pracownik naukowy w Katedrze Procesów Wytwarzania Form w WZL

Imprintec GmbH
Universitätsstraße 142 
44799 Bochum
T +49 (0) 234970414 00
F +49 (0) 234970414 09
info@imprintec.de