Effekten av maskineringsfeil på utmattingslevetiden til bøyepåkjente aksler

Abstract

Denne masteroppgaven er gitt av Fakultet for matematiske realfag og teknologi (REALTEK) ved NMBU. REALTEK er tilknyttet et eget maskineringsverksted som blant annet benyttes til å lage komponenter til forskning og utvikling. En kjent problemstilling fra dette miljøet er at maskineringsfeil kan redusere utmattingslevetiden til aksler betraktelig. Denne problemstillingen har vært utgangspunktet for masteroppgaven. Målet med masteroppgaven var å lage en oversiktlig rapport som gav en oversikt over årsakene til maskineringsfeil og hva man skal se etter ved inspeksjon for å fastlegge disse feilene. Videre skulle det utføres utmattingstesting på aksler produsert med og uten maskineringsfeil. Resultatene av utmattingstestingen skulle presenteres og den kunnskapen som ble funnet i litteraturen og som fremkom etter diskusjon med fagpersoner skulle beskrives og diskuteres. Oppgaven ble innledet med en litteraturstudie som omfattet sponfraskillende bearbeiding, overflateruhet og utmatting. Jeg studerte også tidligere artikler som omhandlet samme tema for å få kunnskap om de erfaringer som foreligger. Det er også utført praktisk testing av utmattingsstaver med og uten framprovoserte maskineringsfeil for å fastlegge endringer i utmattingslevetid. Litteraturstudien gav forståelse for sponfraskillende bearbeiding, overflateruhet og maskineringsfeilenes innvirkning på utmattingslevetiden. To hovedtyper maskineringsfeil er valgt ut henholdsvis «sperring» som oppstår ved vibrasjoner og klining som pågrunn av lokalt høye temperaturer medfører at spon kliner seg fast til overflaten de viktigste funnene fra litteraturen er at o Overflateintegriteten som en helhet påvirker utmattingslevetiden for maskinerte overflater. o Overflatefaktorens redusering av utmattingsgrensen vil ligge mellom 0,5 - 0,8. 10. o Skjæredata påvirker overflateruheten i større grad enn utmattingslevetiden 11 o Den mest betydelige egenskapen ved maskinerte overflater er restpenninger i overflatelaget 12. Fra utmattingstesting av stålet EN355J2 +M ved roterende bøying med konstant spenningsvidde og spenningsforholdet R = -1, ble det funnet at prøvestaver utsatt for maskineringsfeil vil oppleve en reduksjon av utmattingslevetid på henholdsvis 44, 8 prosent for sperring og 60,5 prosent for klining. Som grunnlagsbok i utmatting vil jeg spesielt nevne boken «Metal Fatigue in engineering» R. Stephens m.fl. 10 fordi den er grundig og godt forklart, men den må sees i sammenheng med ny forskning da den er utgitt i 2001 og noe av innholdet kan være utdatert. Videre vil jeg trekke frem artiklene “Influence of machining parameters on fatigue endurance limit of AISI 4140 steel ” Karina S.S. Lopes m.fl.11. for være grundig og systematisk i gjennomføringen, i tillegg til «fatigue life of machined components» A. Pramanik m.fl. 12 som kartlegger at forskningen fortsatt er på et tidlig stadium vedrørende utmattingslevetiden for maskinerte komponenter.

This master thesis was given by the Faculty of science and technology (REALTEK) at the Norwegian University of Life Sciences (NMBU). The faculty is affiliated with its own machining workshop, which is used for machining components to research and development projects. A known issue in the field is the reduction of fatigue life due to surface defects caused by the machining process which became the starting point for this thesis. The scope of this master thesis was to develop a report that gave an overview of the causes of surface defects in the machining process and what look for when inspecting for the surface defects. Furthermore, a rotating bending fatigue test should be conducted on specimen with and without these surface errors. The knowledge found from literature and conversations with skilled persons in the field should be discussed and described.