بررسي تنش پسماند در فرايند خان‎كشي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك جامدات

1396/11/27

دكتر محمد صديقي

مكانيك

خان‎كشي نوعي فرايند ماشين‎كاري است كه با كمك ابزار برشي با چندين دندانه متوالي و با عبور از سطح بيروني يا داخلي قطعه كار، هندسه دلخواه را در آن ايجاد مي‌نمايد. فرايند خان‎كشي به دليل كيفيت سطح نهايي مطلوب و سرعت بالا و توانايي ايجاد هندسه‌هاي غيرمعمول و نامدور، مورد توجه صنعتگران بخصوص صنعت هوافضا قرار گرفته است. ماده مورد استفاده در اين پايان‌نامه آلومينيوم 651T-7075 (UNS A97075) است كه به دليل استحكام بالاي آن در صنعت هوايي پركاربرد است. در صورت مجهز بودن ابزار برش به پرداخت نهايي در پيشبرد فرايند، كيفيت سطح ايجاد شده در اين فرايند، از اهميت ويژه‌اي برخوردار مي‎باشد. لذا در اين پايان‎نامه، در فعاليت تجربي ميزان صافي سطح و ريزسختي سطحي بر اساس تغيير متغيرهاي برش (سرعت و عمق برش) در دو حالت خان‎كشي با يك تيغه و خان‎كشي با سوزن خان‎كشي، ثبت شد. در ادامه در فعاليت‌هاي عددي خروجي‌هايي همچون ميزان و عمق تنش پسماند بيشينه، نيروي مشخصه برش و تغييرات نيروي مشخصه ( انحراف از ميانگين)، برحسب متغيرهاي برش (سرعت و عمق برش) و متغيرهاي هندسه ابزار برش (زاويه حمله ابزار برش و شعاع نوك ابزار برش) تحت مطالعات پارامتريك قرار گرفتند. در فعاليت‌هاي عددي از دو روش يك فاكتور در هر مرتبه و طراحي آزمايش (تاگوچي) استفاده شده و كليت مطالعات پارامتريك عددي با مدل‌هاي دوبعدي در دو نرم‌افزار تجاري آباكوس و ادونت‎اج شبيه‌سازي شد. نتايج گوياي ارتباط دستاوردهاي عددي و تجربي هستند. به اين صورت كه در سرعت m/min 12 كمترين تغييرات نيروي مشخصه و بهترين صافي سطح و همچنين در سرعت مذكور بيشترين تنش پسماند و بيشينه نسبي سختي مشاهده شد. نتايج تجربي بيانگر كاهش سختي و بهبود وضعيت صافي سطح با كاهش عمق برش بودند. در نتايج عددي نيز افزايش عمق برش و كاهش شعاع نوك ابزار برش، افزايش تنش پسماند بيشينه، پيش‌بيني شد. افزايش شعاع نوك ابزار برش، كاهش زاويه حمله ابزار برش، افزايش سرعت برش و افزايش عمق برش نيز منجر به افزايش نيروي مشخصه برش شد. همچنين از منظر خروجي نيرو، به‌كارگيري نرم‌افزار ادونت‎اج و از منظر خروجي تنش پسماند، به‌كارگيري نرم‌افزار آباكوس پيشنهاد مي‌شود. واژه‌هاي كليدي: خان‌كشي، تنش پسماند، نيروي برش، صافي سطح، ريزسختي

1396/04/11

1/1/1900 12:00:00 AM

Broaching is a metal cutting manufacturing process using a multiple edged tool to achieve desired geometries and high removal rates. The advantages of broaching are the machining of complex slot geometries within a single stroke. Thereby, high production rates, component accuracies and surface qualities can be achieved. Broaching is a widely used machining operation in the aerospace industry. In the first step of the thesis, broaching experiments have been carried out on AA7075-T651 aluminum alloy using different cutting speeds and cutting thickness with broaching needle and single edge cutting tool. In the next step, 2D cutting simulation approach was presented using the finite element method (FEM), which is applied in order to predict residual stress, cutting forces and its deviation from the mean while broaching. To investigate the influence of varying cutting speeds, cutting thicknesses, tool nose radius and rake angle the broaching process is simulated using the design of experiments (taguchi approach). The experimental results show that best surface roughness is obtained by cutting speed 12 m/min. The surface roughness will be improved by decreasing the rise per teeth. Also, the surface hardness decreases by increasing the cutting speed. The numerical results show that maximum residual stress increases by increasing cutting thickness and decreasing tool nose radius. Also, the cutting force increases by increasing cutting speed, cutting thickness, tool nose radius and decreasing rake angle. Key words: Broaching, Residual stress, Cutting force, Surface roughness, Microhardness