볼 버니싱 후 강철 샘플의 표면층이 건식 왕복 슬라이딩의 마찰 및 마모에 미치는 영향

Jun 27, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11315(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

건식 왕복 운동에서 볼 버니싱이 마찰 거동에 미치는 영향은 아직 연구되지 않았습니다. 이 작업은 이러한 격차를 메우려고 시도합니다. 밀링 후 강철 디스크 샘플을 볼 버니싱했습니다. 볼 버니싱으로 인해 평균 표면 높이가 85%로 감소하고 미세 경도가 20%로 증가했습니다. 버니싱은 또한 강철 표면의 경도를 향상시키는 요인인 압축 잔류 응력을 생성했습니다. 건식 슬라이딩 조건에서 왕복 운동을 하면서 진동 테스트를 수행했습니다. WC 재료의 직경 10mm 세라믹 볼이 강철 디스크에 접촉했습니다. 볼 버니싱은 디스크 마모와 슬라이딩 쌍의 마찰을 개선하는 것으로 나타났습니다. 밀링된 샘플과 비교하여 마찰계수와 마모량의 최대 감소는 각각 39%와 85%였습니다. 진폭이 가장 낮고 미세경도가 높은 샘플이 가장 높은 거동을 보였습니다.

볼 버니싱은 단단한 볼을 이동시켜 표면에 눌렀을 때 표면을 소성 변형시키는 마무리 공정입니다. 이는 표면 조도뿐만 아니라 공작물의 물리적, 기계적 특성을 향상시킵니다. 환경 오염이 적기 때문에 이 공정은 분쇄에 대한 흥미로운 대안입니다. 일반적으로 구의 직경은 3~12mm입니다. 대부분의 연구에서 표면층의 품질은 Ra 매개변수(평균 거칠기 높이), 미세경도 및 잔류 응력1을 특징으로 하는 표면 거칠기를 기반으로 추정되었습니다. 일반적으로 버니싱 하중, 전진 속도 및 피드가 입력 매개변수였습니다2. 볼 버니싱은 일반적으로 표면을 매끄럽게 하고 경도를 높이며 압축 응력을 증가시킵니다3.

연구자들은 볼 버니싱이 거칠기 높이 감소에 미치는 영향을 주로 연구했습니다4,5,6,7,8,9,10,11.

Attabiet al. 4는 AISI 316L 강철의 볼 버니싱으로 인해 Ra 매개변수가 최대 93%까지 감소한다는 사실을 발견했습니다.

Banh 등5은 볼 버니싱으로 인해 무산소 구리의 Ra 매개변수가 0.89(밀링 후)에서 0.18μm로 감소했습니다.

Dzionk 등6은 경화된 샤프트의 세라믹 볼 버니싱으로 인해 Sa 매개변수(Ra 매개변수의 면적 확장)가 거의 50% 감소한 것을 얻었습니다.

Jerez-Mesa et al.7은 rms의 감소를 달성했습니다. 볼 버니싱으로 인한 Ti-6Al-4 V 표면의 거칠기 높이 Sq. 왜도 Ssk 및 첨도 Sku의 변화도 고려되었습니다. Sq 매개변수의 초기 값이 2μm 미만인 경우 추가 진동이 표면 높이 감소에 미치는 영향은 긍정적이었습니다.

Vaishya et al.8은 텅스텐 카바이드의 볼 버니싱으로 인해 광학 금형에 사용되는 재료의 거칠기 높이가 95% 감소하는 것을 달성했으며, Sa(Ra) 매개변수에 의해 결정된 초기 표면 거칠기는 5μm였습니다. 버니싱 부하가 증가하면 표면이 매끄러워집니다.

Kanovic et al.9는 세라믹 볼에 의한 버니싱으로 인해 강철 표면의 Ra 매개변수가 3.4~4.5에서 0.13μm로 감소한 것을 확인했습니다.

El-Tayeb 등10은 볼 직경이 감소하면 알루미늄 합금의 표면 거칠기 높이가 75% 감소한다는 사실을 발견했습니다.

Swirad et al.11은 볼 버니싱으로 인해 마르텐사이트 강철 샘플의 Sq 매개변수가 감소하는 것을 달성했습니다.

볼 버니싱이 경도 증가에 미치는 영향도 연구되었습니다 12,13,14,15,16,17,18,19.

Hamadache et al.12는 36NiCrMo6 강의 다이아몬드 볼의 버니싱으로 인해 표면층의 표면층 경화지수가 10% 증가함을 밝혔다.

Bourieba et al.13은 볼 버니싱이 S355JR 강철 샘플의 거의 30%에서 경도와 파단 강도를 증가시킨다는 사실을 발견했습니다. 14에서는 경도가 45% 증가했습니다.