Numerical analysis of roughness parameters induced by shot peening

In history, there are proofs that cold working was used to improve the hardness of different metal weapons using hammering. Industrial revolution paved the way to a wide variety of treatments to improve mechanical properties of metallic parts. Shot peening is one of those processes, which was rigorously studied, researched upon and improved in the last couple of decades due to its application in different fields ranging from bio-medical to aeronautical. Most of the studies related to effects of shot peening was done on the impact of the process in improving fatigue strength. Shot peening induces plastic deformation hence roughness on the processed surface. The objective of this thesis is to develop a numerical model to simulate the conventional shot peening process on pure Armco® iron using ceramic shots and analyse the roughness induced on the surface of the substrate. Numerical model was developed starting with a single impact model and then multiple impact model considering randomness of the process. A wide variety of roughness parameters was selected and calculated on the deformed surface. Study was done on the evolution of these parameters with coverage. Finally, these roughness parameters were compared with the experimentally measured ones. The results indicate that shot peening induces roughness on the processed surface and different parameters evolve with coverage. Even though these measured roughness parameters are identical between different surfaces treated with the same process parameters (peening medium, intensity and coverage), the morphologies of these surfaces might be different owing to the randomness of shot peening process

Storicamente, i processi di formatura a freddo sono stati molto utilizzati per realizzare armi metalliche caratterizzate da una notevole durezza. Uno dei processi più diffusi consisteva nel martellamento della superficie del prodotto. Con la rivoluzione industriale si diffusero diverse tecniche volte al miglioramento delle prestazioni meccaniche dei componenti metallici. Uno dei metodi maggiormente studiati è il processo di pallinatura, molto diffuso grazie alla sua versatilità di impiego. Infatti, la pallinatura può essere applicata in ambiti molto diversi: ad esempio dal biomedico, fino all'aeronautica. La maggior parte degli studi sono focalizzati sull'aumento della resistenza a fatica, a seguito di questo trattamento superficiale. L’obiettivo del presente lavoro di tesi consiste nello sviluppo di un modello numerico capace di simulare il tradizionale processo di pallinatura. In particolare, si intende studiare l’effetto dovutoall'impatto di particelle ceramiche su un substrato di Armco® (ferro puro). Il modello numerico, inizialmente costruito per l’impatto della singola particella, è ora in grado di simulare una serie di impatti successivi, introducendo anche la variabilità del processo. Lo studio si è poi incentrato sull'analisi della rugosità, per diversi livelli di copertura del processo. Tali valori sono stati poi confrontati con dati sperimentali. I risultati ottenuti mostrano un’evoluzione dei parametri di rugosità, in funzione della copertura del processo. Tuttavia, anche se i parametri di rugosità sono pressoché simili tra diverse superfici, soggette al medesimo trattamento, la morfologia della superficie stessa può essere molto diversa, a causa appunto della variabilità del processo di pallinatura.superfici potrebbero essere diverse a causa della casualità del processo di pallinatura.