Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Danesh,Alireza Fadaei Tehrani
محمد دانش (استاد مشاور) علیرضا فدائی تهرانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Ghobadi
محسن قبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Application of Finite Element Method in Cathode Tool Design and Manufacture of Electrochemical-Magnetic Machining
Electrochemical machining (ECM) is a modern machining process that removal of workpiece atoms in it relies on the principle of ion movement in the electrolysis cells. Compared with traditional machining methods, ECM takes many advantages such as; hard and brittle material machining ability with complicated shape and fast material removal rate without any residual stress whereas it's a non mechanical process. Because of it's advantages against traditional machining, it used for manufacturing of many complicated and strategic pieces that makes from hard and brittle alloys such as; Nickel, Titanium or Molybdenum alloys that needs minimum structural defects.The most important problem in ECM is to obtain required shape of workpiece by using designed tool. In the present work, firstly the fundamental of ECM processes is perfectly studied. Then a technique is developed for simulation of ECM processes in the present of Electric, Magnetic, Thermal and Fluidic fields based on equations govern on them by Finite Element Method (FEM). This technique is capable of handling three-dimensional free surface tool design. It possesses high computing efficiency, good accuracy and flexible boundary treatment without the need for iterative procedure. At continue, a simple model of ECM set has manufactured and the process operations has tasted on it. This set is first ECM in its kind that all substructure's produced by own technology. Result of experiments shows that how electrical, magnetic, thermal and fluidic fields effect on potential field distribution. Therefore we can use ECM simulation to guide ions in proper direction to converge electrode surfaces without any experiment cost. The implementation results are compared with simulation results to verify viability of proposed method. At continue, two examples of tool design for turbine blade are given to demonstrate this method. In the end, there is a summary of thesis and suggestions for further studies. Keywords: Electrochemical Machining (ECM), FEM, tool design, non iterative algorithm, free surface forming.
ماشینکاری الکتروشیمیایی یکی از روش‌های پیشرفته ماشینکاری است که برداشت ماده در آن بر اساس اصول حاکم بر هدایت یون‌ها در سلول های الکترولیز می‌باشد. از مزایای مهم این روش نسبت به سایر روش های سنتی، توانایی ماشینکاری فلزات بسیار سخت و ترد با اشکال پیچیده و با سرعت بالای برداشت ماده می‌باشد، به گونه ای که بدلیل غیر مکانیکی بودن فرایند، قطعه ماشینکاری شده عاری از هر گونه تنش پسماند خواهد بود. بدلیل مزایای مهم این روش ماشینکاری نسبت به سایر روش‌های سنتی، این روش برای تولید بسیاری از قطعات حساس، استراتژیک و پیچیده که از آلیاژهای فلزی سخت، ترد و شکننده مانند سوپرآلیاژهای پایة نیکل، تیتانیوم یا مولیبدن ساخته می‌شوند و نیازمند کمترین عیوب در ساختار آنها می باشند کاربرد دارد. یکی از مهمترین مشکلات این روش ماشینکاری غیرسنتی، طراحی دقیق شکل ابزار جهت تولید پروفیل خاصی بر روی قطعه کار می‌باشد. در این پژوهش، در ابتدا اصول حاکم بر ماشینکاری الکتروشیمیایی به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفته است و سپس بر اساس معادلات حاکم بر محیط های آن، روشی جهت شبیه سازی فرایند ماشینکاری الکتروشیمیایی در حضور میدان های الکتریکی، مغناطیسی، حرارتی و سیالاتی و چگونگی حل معادلات حاکم با استفاده از روش المان محدود ارائه شده است. این روش حل، توانایی طراحی ابزار کاتد را برای ماشینکاری سطوح سه بعدی آزاد و بدون نیاز به تکرار پروسه، امکان پذیر می‌سازد. در ادامه نمونه ای تحقیقاتی از دستگاه ماشینکاری الکتروشیمیایی ساخته شده و صحت عملکرد فرایند بر روی آن تست شده است. این دستگاه در نوع خود اولین دستگاه ماشینکاری الکتروشیمیایی بوده که کاملاً بر اساس توان و تجهیزات داخلی ساخته شده است. نتایج حاصل از آزمایشات نشان می‌دهد که چگونه روش‌های متفاوت اعمال میدان الکتریکی، مغناطیسی، حرارتی و سیالاتی، بر خطوط هم پتانسیل میدان الکتریکی الکترودها تأثیر می‌گذارند. بنابراین می‌توان با استفاده از شبیه سازی فرایند و هدایت یون‌ها در جهت مناسب، تمایل به همگرا شدن پروفیل سطوح الکترودها را بدون صرف هزینه افزایش داد. کلمات کلیدی: 1- ماشیـنکاری الکـتروشیمیایی 2- روش المـان محدود 3- طراحی ابزار 4- الگوریتم بدون تــکرار 5- فـرم دهی سـطوح آزاد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی