Reverse reconstruction of surface topography from residual stress after chip‐forming machining of the material

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Vol. 51; no. 5; pp. 579 - 585
• Main Authors: Valíček, J., Harničárová, M., Kušnerová, M., Šajgalík, M., Kmec, J., Kopal, I., Panda, A., Palková, Z.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Weinheim Wiley Subscription Services, Inc 01-05-2020
• Subjects: chip-forming machining; deformation; Eigenspannung; Elastic deformation; Elastic limit; External pressure; Flexural strength; Machining; Mechanical properties; mechanische Eigenschaften; Oberflächenrauheit; Reconstruction; Residual stress; Roughness; spanende Bearbeitung; surface roughness; Thermal stress; Topography; Verformung; Yield point
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.202000017

Residual stress is induced in the sample of a material stressed by external forces (tension, pressure, thermal stress, etc.) from the beginning of the stress. An instantaneous level is a function of the intensity of the external deformation work, the time and speed of the deformation, and the degree of immediate surface and volume deformation. It is proportional to the individual deformation limits, i. e., the elastic limit, yield point, flexural strength and breach limit; the maximum is reached at the level of the breach limit. Furthermore, it is dependent on the physical‐mechanical properties of the material and on the method, i. e., the technology of straining, or machining. The same applies to the roughness distribution and other topographical features on the machined surface. The tension that has not been exhausted is partly returned to the volume of the sample and partly acts in contact with space, within a certain distance and time. This paper aims to present a reverse reconstruction of the surface topography from residual stresses after chip‐forming machining of the material. Our original approach to the solution fully exploits the rules of roughness distribution and other topographic features of the surfaces of the given materials after machining, not only by chip‐forming machining.
Translation
Eigenspannung wird in der Probe eines Werkstoffes induziert, welche von Beginn der Spannung an durch äußere Beanspruchungen (Zug, Druck, thermische Spannung usw.) erzeugt wird. Das momentane Niveau ist eine Funktion der Intensität der äußeren Verformungsarbeit, der Zeit, der Geschwindigkeit der Verformung und des Grades der unmittelbaren Oberflächen‐ und Volumenverformung. Es ist proportional zu den einzelnen Verformungsgrenzen, d. h. der Elastizitätsgrenze, der Streckgrenze, der Biegefestigkeit und der Bruchgrenze; das Maximum wird auf dem Niveau des Versagens erreicht. Darüber hinaus ist es abhängig von den physikalisch‐mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes und von dem Verfahren, d. h. der Technologie des Spanens oder Bearbeitens. Gleiches gilt für die Rauheitsverteilung und andere topographische Merkmale auf der bearbeiteten Oberfläche. Die Spannung, die noch nicht ausgeschöpft ist, wird teilweise in das Volumen der Probe zurückgeführt und wirkt teilweise in Kontakt mit dem Raum innerhalb eines bestimmten Abstands und der Zeit. Diese Arbeit zielt darauf ab, eine umgekehrte Rekonstruktion der Oberflächentopographie aus Eigenspannungen nach spanender Bearbeitung des Materials zu präsentieren. Unser neuer Lösungsansatz nutzt die Regeln der Rauheitsverteilung und andere topografische Merkmale der Oberflächen der gegebenen Materialien nach der Bearbeitung vollständig aus, nicht nur durch die spanende Bearbeitung.
The proposed new method of surface topography reconstruction from residual stress generated after machining is important both in terms of basic research and especially applied research because it allows to create a diagram of topographic functions from residual stresses and thus to predict the state of the surface layer after machining.