Stato di tensione residua di rullatura su elementi per prove di fatica da fretting con collegamento forzato albero mozzo Autori: Prof. M. Beghini, Ing. B.D. Monelli, Ing. C. Santus Università di Pisa
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Stato di tensione residua di rullatura su elementi per prove di fatica da fretting con
collegamento forzato albero mozzoAutori:
Prof. M. Beghini, Ing. B.D. Monelli, Ing. C. Santus
Università di Pisa
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Unità coinvolte nel progetto:
Progetto MiUR: Prin 2009
Univ. di Ferrara
Univ. di Padova
Univ. di Parma
Univ. di Trento
Univ. di Pisa
Obiettivo del progetto (generale):Comportamento statico e a fatica oligociclica di componenti strutturali intagliati interessati da snervamento localizzato e diffuso
Unità di Pisa:Studio sperimentale e modellazione della concentrazione di tensioni all'estremità della zona di contatto nel collegamento forzato albero-mozzo sottoposto a sollecitazione flessionale. Esame degli effetti prodotti sulla resistenza a fatica da un campo di tensioni residue di compressione indotto da un trattamento superficiale di rullatura con deformazione plastica profonda.
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Connessione forzata albero-mozzo
Estensimetro flessione
Estensimetro perforzamento diametrale
Dado di registro
Contro-dado
F
Porzione conicadell’albero
Locale raggio di raccordo r = 2 mm“flat and rounded fretting contact”
Mozzo vincolato(acciaio da cementazione)
Provino7075-T6
aTornitura interna,dopo cementazione, con utensilespeciale, 0.2μmR =
aTornitura, 0.2μmR =
F
t
R = –1
Fessura innescatada fretting
Albero: 7075-T6Mozzo: acciaio da cementazione
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Attrezzatura di prova, assemblaggio
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Esecuzione della prova
Incremento resistenza:tensioni residue di compressione.Rullatura.
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Rullatura, utensile: D90-L25-X
Rullatura su elementi cilindrici
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Rullatura, utensile: D90-L25-X
1.5α ≈ °R 0.78r =
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Carico di rullatura
Cella di carico,max 10 kN
Elemento rullatore
Condizionatore e visualizzatore forza verticale
Superficie disupporto permacchinautensile
Guida interna liscia(lubrificata)
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Cilindretti campione
Passo di rullatura
20mm
20mm
30mm
p
Parametri di rullatura:- passo di rullatura (feed)- carico di rullatura VF
p
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Processo di rullatura centro di lavoro CNC
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Processo di rullatura
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Rilievo superficie rullata dei cilindretti campione
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Rilievo superficie rullata dei cilindretti campione
με
με
με
Tornituraprecedente
Fronte di rullatura(lato raccordo)
Superficie rullata(a specchio)
Pile up
a 0.65μmR =
a 0.17μmR =
με
με με
‘Coda’ di rullatura(lato cono)
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Tensioni residue, metodo del foro
(feed dir.)x
(rolling dir.)yProfondità misura: 1.3 mm
Passo di misura: 0.01 mmPasso di calcolo: 0.1 mm
(risoluzione distr. tens. residua output)
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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
Depth, mm
Res
idua
l Stre
ss, M
Pa
σx
σy
τxy
Dipendenza dai parametri di rullaturaTensioni principali
(feed dir.)x
(rolling dir.)y
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Dipendenza dai parametri di rullaturaConfronto a parità di passo di avanzamento
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-500
-400
-300
-200
-100
0
100
Depth, mm
Res
idua
l Stre
ss, M
Pa
p = 0.2 mm, different values FV
FV = 50 N
FV = 150 NFV = 450 N
FV = 900 N
xσyσ
(feed dir.)x
(rolling dir.)y
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Dipendenza dai parametri di rullaturaConfronto a parità di carico verticale di rullatura (1)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-500
-400
-300
-200
-100
0
100
Depth, mm
Res
idua
l Stre
ss, M
Pa
FV = 150 N, p = 0.1 / 0.2 mm
p = 0.2 mmp = 0.1 mm
xσyσ
(feed dir.)x
(rolling dir.)y
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Dipendenza dai parametri di rullaturaConfronto a parità di carico verticale di rullatura (2)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-500
-400
-300
-200
-100
0
100
Depth, mm
Res
idua
l Stre
ss, M
Pa
FV = 450 N, p = 0.1 / 0.2 mm
p = 0.2 mmp = 0.1 mm
xσyσ
(feed dir.)x
(rolling dir.)y
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Rrα
Modellazione EF (2D)
pleqε
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Modellazione EF
xσ
p
Media fra 4 'path'equidistanziati in 1 passo
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Modellazione EF
-4000 -3500 -3000 -2500 -2000 -1500 -1000-20-10
01020
500 1000 1500 2000-20-10
01020
4μmFEM
4μmScansione profilo
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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
Depth, mm
Res
idua
l Stre
ss, M
Pa
σx (Exp.)
σy (Exp.)
σx (FEM)
σy (FEM)
Confronto tensione residua EF vs. sperimentale
V 450 N0.2 mm
Fp
=
=
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Confronto tensione residua EF vs. sperimentale
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
Depth, mm
Res
idua
l Stre
ss, M
Pa
σx (Exp.)
σy (Exp.)
σx (FEM)
σy (FEM)
V 450 N0.1 mm
Fp
=
=
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Attrezzatura per prove di fatica da fretting, connessione Albero-Mozzo forzata. Trattamento di rullatura per indurre uno stato di tensione residua di compressione.
• Parametri di rullatura: Forza verticale (misurata), passo di rullatura.
• Caratterizzazione su cilindretti campione, misura tensione residua mediante il metodo del foro.
• Forte dipendenza della profondità di compressione dalla forza verticale.
• Limitata dipendenza dal passo di rullatura per elevata forza verticale.
• Massima tensione residua “sub-superficiale”, elevata forza verticale.
• Confronto EF, elevato gradiente in superficie.
Conclusioni