A Study of Influences of Ceramic Ball Burnishing Process on Surface Hardness and Residual Stress of SKD11
โดย อัครวัฒน์ ใบกว้าง
ปี 2563
บทคัดย่อ
การกดรีดผิวแข็งเป็นกระบวนการปรับปรุงสมบัติทางกายภาพของชั้นผิวโลหะทำให้เกิดผิวชิ้นงานมีความแข็ง เกิดความเค้นตกค้างภายในส่งผลให้ผิวของชิ้นงานจะมีความแข็งเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังทำให้ชิ้นงานมีความหยาบผิวดีขึ้น ด้วยจุดเด่นของการกดรีดผิวแข็งนี้ทำให้สามารถนำไปพัฒนาการผลิตในงานอุตสาหกรรมได้หลากหลาย เช่นการผลิตใบพัดเรือ และการผลิตแม่พิมพ์ขึ้นรูป เป็นต้น เพื่อลดขั้นตอน เวลา และความเสียหายของขั้นตอนการผลิตอื่น ๆ
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษากระบวนการกดรีดผิวแข็งวัสดุเหล็ก SKD11 ด้วยเซรามิกบอลชนิดซิลิกอนไนไตร ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มิลลิเมตร ภายใต้เงื่อนไขแรงดันน้ำมันไฮดรอลิก 200, 400 และ 600 บาร์ ความลึกในการกดรีดผิวแข็ง 0.3, 0.5 และ 0.7 มิลลิเมตร ความเร็วการเคลื่อนที่โต๊ะงานของการกดรีดผิวแข็ง 2000 มิลลิเมตร/นาที อัตราป้อน 0.1 มิลลิเมตร เมื่อกดรีดผิวแข็งเสร็จนำชิ้นงานมาทดสอบหาค่าความแข็งผิวความเค้นตกค้าง ค่าความหยาบผิว ความแข็งชั้นผิวและโครงสร้างจุลภาคของบริเวณหน้าตัดชิ้นงานกดรีดผิวแข็ง
จากผลการทดลองการกดรีดผิวแข็งพบว่าแรงดันน้ำมันไฮดรอลิกและ ความลึกรีดผิวแข็งมีอิทธิพลร่วมกันที่ส่งผลต่อความแข็งผิวของชิ้นงานค่าความแข็งผิวเฉลี่ยมีแนวโน้มที่สอดคล้องกันกับค่าความเค้นตกค้างโดยค่าเฉลี่ยสูงสุดอยู่ที่ 629.4 MHV หรือเท่ากับ 57.8 HRC ที่เงื่อนไขแรงดันน้ำมันไฮดรอลิก 400 บาร์ ความลึกในการกดรีดผิวแข็ง 0.5 มิลลิเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับกระบวนการอบชุบโลหะ ค่าความหยาบผิวอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานการขึ้นรูปที่สามารถยอมรับได้ ความแข็งชั้นผิวมีค่าเฉลี่ยเทียบเคียงกับกระบวนการอบชุบผิวแข็ง ในส่วนของโครงสร้างจุลภาคของเหล็กบริเวณแนวตัดขวางมีการอัดตัวอย่างหนาแน่นส่งผลให้บริเวณที่มีการกดรีดผิวแข็งมีความแข็งและความเค้นตกค้างเพิ่มมากขึ้น
Abstract
surface layers. The process improves the surface hardness, the internal residual stress, and the surface roughness of the workpiece. Accordingly, it could be used in a wide variety of industrial application development such as ship propeller manufacturing and mold manufacturing to shorten time and reduce damages in production processes.
The purpose of this research was to study the ball burnishing process of the SKD11 steel with a silicon nitride ceramic ball measuring 8 mm in diameter, the hydraulic oil pressures of 200, 400 and 600 bar, and the hardened depths of 0.3, 0.5 and 0.7 mm at the speed of 2000 mm/ min and the feed rate of 0.1 mm /rev. Then, the workpiece was examined for surface hardness, residual stress, surface roughness, and microstructure of the cross-sectional area of the burnished surface.
The results revealed that both the hydraulic oil pressure and the hardened depth influenced the surface hardness of the workpiece. The average surface hardness value had a tendency to be related to the internal residual stress value at the maximum value of 629.4 MHV or 57.8 HRC at the hydraulic oil pressure of 400 bar and the hardened depth of 0.5 mm which was equivalent to the result of a heat treatment process. The surface roughness was within acceptable machining standards. The average surface hardness could be compared to the result of a treatment process. Moreover, the microstructure of the cross-sectional area of the burnished surface was densely packed, resulting in the increase of hardness and residual stress.