25708

پيش‌بيني نيروي برش در فرآيند فرزكاري

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - ساخت و توايد

1395

1400/4/29

دكتر بهنام داودي

مهندسي مكانيك

فرآيند فرزكاري به طور گسترده­اي در صنعت براي ساخت و توليد قطعاتي نظير سنبه و ماتريس، صنايع هوايي، قطعات هوافضا مورد استفاده قرار مي­ گيرد. در اين پايان­نامه فرآيند فرزكاري با فرز انگشتي سرتخت مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته و بر اساس روش تحليلي مدلي براي پيش­بيني نيروي برشي وارد بر ابزار انگشتي سرتخت ارائه شده است. در فرآيند فرزكاري انگشتي سرتخت، ضخامت براده جدا نشده لحظه­اي به سبب وجود گريز ابزار به طور مشخصي تغيير مي­كند. از اين رو، در اين مدل گريز ابزار در فرايند فرزكاري با فرز انگشتي سرتخت در نظر گرفته شده است. در طي فرايند مدل­سازي، تنش سيلان برش در ناحيه برش اوليه به معرفي قانون تشكيل ماده جانسون-كوك اصلاح شده، كه سخت­كاري، نرم­شدگي دمايي و استحكام­ بخشي ماده را در خود گنجانده است، پرداخته مي­شود. براي محاسبه دقيق اثر شعاع لبه برنده و زاويه شيب موثر جزئي دخيل در پيش­بيني نيروي وارد بر لبه برنده در مدل تحليلي گنجانده شده است. اين مدل يكپارچه كه بر اساس مدل ماشينكاري اوكسلي توسعه داده شده، براي فرزهاي انگشتي ماكرو با تعداد شيارهاي دو يا بيشتر كاربرد دارد. جهت صحت سنجي نيروهاي پيش­بيني شده به روش تحليلي و اجزاء محدود FEM، به مقايسه نيروهاي فرزكاري اندازه­گيري شده توسط دينامومتر با نتايج تحليلي و المان محدود در نمودارهاي نيرو – زمان يا نيرو – زاويه چرخش پرداخته شده­ است. آزمايشات تجربي روي فولاد AISI 1045 انجام گرفته است. جهت شبيه­سازي المان محدود فرآيند فرزكاري انگشتي سرتخت از نرم­ افزار Abaqus استفاده شده است. همچين بخاطر اينكه فرآيند ماشينكاري يك مسئله ديناميكي با رفتار ماده غيرخطي و داراي تماس همراه با اصطكاك مي­باشد از روش حل صريح براي حل مدل المان محدود توسط   Explicit/ABAQUS استفاده شده است. نتايج نشان مي دهند كه نيروي برش پيش­بيني شده به روش تحليلي تطابق خوبي با نتايج روش تجربي و المان محدود دارد.

1400/08/24

Prediction of cutting forces in milling processes

7/20/2022 12:00:00 AM

The process of milling with the end mill is widely used in industry for the manufacture and production of parts such as mandrels and matrices, aerospace industries, aerospace parts, etc. In this thesis, the milling process with the end milling is analyzed and based on the analytical method, a model for predicting the shear force on the head finger tool is presented. In the process of end milling, the uncut chip thickness changes momentarily due to the tool eccentricity. Hence, in this model, tool eccentricity is considered in the milling process of end milling. During the modeling process, the shear flow stress in the initial shear region is introduced by the modified Johnson-Cook material formation law, which incorporates hardness, temperature softening, and material strength. To accurately calculate the effect of the cutting applied to the cutting edge is included in the analytical model. This unique model, based on the Oxley edge radius and effective slope angle, which is developed for predicting the machining forces model, is used for macro end milling machines with two or more grooves. Also, in order to prevent the occurrence of the chatter phenomenon during machining, an analytical study of this phenomenon in the process of end milling has been done. As a result, in selecting the spindle speed and cutting depth, the results obtained from the analysis of the chatter phenomenon - stability lobes - have been used. Experiments have been performed in stable state. In order to verify the forces predicted by the analytical method and the finite element method (FEM), the milling forces measured by the dynamometer are compared with the analytical results and the finite element method in the force-time or force-rotation angle diagrams. Experimental tests have been performed on AISI 1045 steel. Abaqus software has been used to simulate the end milling process by finite element. Also, since the machining process is a dynamic problem with nonlinear material behavior and frictional contact, the explicit solution method is used to solve the finite element model by Explicit / ABAQUS. The results show that the cutting force predicted by the analytical method is in good agreement with the results of the experimental and finite element method.

پيش‌بيني نيروي برش , فرزكاري , روش تحليلي , روش اجزا محدود , پديده چتر

Prediction of cutting forces , Milling , Analytical method , Finite element method (fem) , Chatter phenomenon