بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله با استفاده از شبیه سازي ماشینکاري سه بعدي المان محدود در نرم افزار DEFORM -3D که براساس فرمولبندي لاگرانژي بهروز رسانی شده است تغییرات سرعت برش و سرعت پیشروي بر روي نیروي برشی در برش مورب بر روي قطعه کار از جنس فولاد ضد زنگ AISI 316L شبیه سازي و بررسی گردیده است. براي معتبر سازي مدل، نتایج شبیه سازي با نتایج تجربی حاصل از تحقیقات آزمایشگاهی که بر روي این فولاد انجام پذرفت، مقایسه شده است. نتیجه این پزژوهش نشان می دهد که نتایج مدل سازي سه بعدي از دقت خوبی نسبت به نتایج تجربی برخوردار است.
-1 مقدمه
ماشینکاري یکی از روشهاي مهم در بین فرآیندهاي تولید بوده و داراي گستره بسیار بزرگی از عملیات هاي مختلف از قبیل فرزکاري، سنگ زنی، تراشکاري، سوراخکاري و غیره می باشد. آزمایشها و مطالعات بسیاري براي شبیه سازي، پیشبینی و بهینه کردن این فرآیند در سالهاي گذشته انجام شده است. بیشتر مقالاتی که تا اوایل دهه 1990 فرآیند ماشین کاري را به روش اجزاي محدود مدل سازي کرده اند، دو بعدي می باشنداخیراً.، مدل سازي برش بیشتر به سمت مدل هایی غیر از برش متعامد و به حالت سه بعدي سوق داده شده اند
کرتی و همکارانش،[2] - 2000 فرآیند تراش متعامد آلیاژ آلومینیوم و تراش متمایل فولاد کم کربن را با استفاده از روش اجزاي محدود جهت پیش بینی نیروها، توزیع دما و تنش به صورت سه بعدي مدل سازي کردند. - گیتامو ماسیمو و همکارانش،[3] - 2010 تشکیل براده در شبیه سازي سه بعدي فرز کاري را جهت پیش بینی نیروها شبیه سازي کردند.
- سرانگیزدیچ جرارن،[4] - 2008 مدل هاي اصطکاکی براي پیش بینی زاویه ي برش، نیروها، دماي بین ابزار و تراشه را با نتایج آزمایشی مقایسه کرد. - اوزل و همکارانش،[5] - 2010 فرایند ماشینکاري سه بعدي را براي بررسی نیرو و دما در نوك ابزار کاربایدي پوشش دار در ماشینکاري آلیاژ تیتانیوم شبیه سازي کرد. نتایج مشترك بدست آمده در این تحقیقات حاکی از آن است که تنش سیلان ماده و همچنین مدل اصطکاکی درشبیه سازي ماشینکاري به روش المان محدود از اهمیت بسزایی برخوردار هستند. مدل هاي سه بعدي نسبت به مدل هاي دو بعدي داراي زمان محاسبه ي بیشتر و پیچیدگی - در هندسه و شرایط تماس - بیشتري می باشند.
-2 مواد و روش کار
در این تحقیق از قطعه استوانه اي توخالی با قطر 48 میلیمتر به ضخامت 5 میلیمتر از جنس AISI 316L استفاده شد. ماشین مورد استفاده براي انجام عملیات تراشکاري، ماشین TN50D ساخت شرکت ماشین سازي تبریز می باشد. ابزار برش اینسرت استاندارد مثلثی شکل کاربایدي با پوشش تیتانیم به روش نانو با استاندارد - TNMG 22 04 04 - و از نگهدارنده ابزار با استاندارد - PTGNR 2525 M22 - استفاده شد. دینامومتر به کار رفته در این تحقیق Kistler 9272 از نوع پیزوالکتریک بوده و قادر به اندازه گیري نیروها در سه جهت عمود بر هم پیشروي، شعاعی و برشی می باشد.
-3مدلسازي و شبیهسازي فرآیند برش
در این تحقیق، نرمافزار اجزاء محدود DEFORM-3D، که بر اساس فرمولبندي لاگرانژي بهروز رسانی شده است استفاده شد. این نرمافزار روش انتگرالگیري پیچیده را در شبیهسازي فرآیندهاي با تغییر شکل شدید، به کار میگیرد. قدرت نرمافزار DEFORM-3D در توانایی آن در مشریزي مجدد خودکار و ایجاد یک شبکهي مش با دانسیتهي بالا در نوك ابزار است، بنابراین شیب شدید تغییرات متغیرهاي فرآیندي چون کرنش، نرخ کرنش، تنش و دما قابل دسترسی است. در این رویکرد هیچ نیازي به معیار جدایش براده نیست، این امر سبب شده که این نرمافزار در شبیهسازي فرآیندهاي برش بسیار مؤثر باشد. به علاوه دانسیتهي بالاي مش که در اطراف لبهي برش بهصورت یک پنجرهي مش متحرك تعریف شده، امکان مش ریزي مجدد بدون وقفه را در نواحی اولیه و ثانویهي تغییر شکل، که مش به شدت پیچیده است را میدهد.
-4مدل سازي قطعه کار و ابزار
براي مدل سازي قطعه کار و ابزار از نرم افزار Catia v5 R21 استفاده شد. قطر قطعه کار48 mm می باشد بنابراین نوك ابزار با مرکز قطعه کارفاصله زیادي دارد پس در یک پریود کوتاه زمان فرایند، می توان قطعه کار را به صورت تخت مدل سازي نمود. براي مدل سازي ابزار قسمت نوك ابزار با شعاع 0/4mm مدل سازي شد، سپس قطعه کار و ابزار ایجاد شده توسط نرم افزار به صورت جدا با پسوند stl ذخیره شدند تا بتوان با این پسوند در نرم افزار المان محدود DEFORM-3D فرا خوانده شوند.
-5 مش بندي، تعیین شرایط مرزي قطعه کار و ابزار
در طول آنالیز، فرض میشود که قطعهکار تحت تغییر شکل الاستیک قرار نمیگیرد و تنها رفتار پلاستیک آن در نظر گرفته میشود. در مدلسازي اجزاء محدود، به منظور کاهش زمان و بهدست آمدن نتایج دقیقتر، در ناحیهاي از قطعهکار که تحت برش قرار میگرفت، با استفاده از پنجرهي مش، مش با دانسیته بیشتري قرار داده شد. اندازه المان مورد استفاده در پنجره مش براي تمام آزمایشات 0/04 mm انتخاب شده است و بقیه ي المان هاي خارج از پنجره با نسبت 4 در نظر گرفته شد. چون قسمتی از ناحیه نوك ابزار مدل سازي شده است کل مدل با اندازه المان 0/03 mm مش بندي شد. تعداد المانهاي قطعهکار35000 و تعداد المانهاي ابزار14000و شکل المان ها مثلثی انتخاب شد - شکل. - 1 شرایط مرزي جابجایی در سیستم برش در شکل2 نشان داده شده است. جابجایی ابزار در راستاي y با سرعت برش مورد نظر صورت گرفت و جابجایی در صفحهي زیرین قطعهکار در راستاي x، y و z و کنار قطعه کار در راستاي x صفر در نظر گرفته شد.
شکل-1 مش طراحی شده بر روي قطعه کار و ابزار
