Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Forouzan,Mehran Moradi
محمدرضا فروزان (استاد مشاور) مهران مرادی غریبوند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohamad Rezaie rajaie
محمد رضائی رجائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Finite Element Analysis of Machining with Deform-3D and Investigation of Tool Wear
Turning process as a common machining process to produce cylindrical shape parts, is one of the most common manufacturing processes for producing parts of desirable dimensions. It is used to remove unwanted material from a workpiece and obtain specified geometrical dimensions and also surface finishing. Understanding of material removal concepts in metal cutting is very important in design process and cutting tool selection to ensure the quality of the products. Since, experimental investigation on the field of metal cutting is expensive and has a high time cost and a lot of limits, today, researchers have applied the finite element method for their investigations. Recently, tool wear that has important role in quality of machined surface and economy of production, has been surveyed in the investigation by the finite element method. In metal cutting, tool wear on the tool-chip and tool-workpiece interfaces (i.e. flank wear and crater wear) is strongly influenced by the cutting temperature, contact stresses, and relative sliding velocity at the interface. These process variables depend on tool and workpiece materials, tool geometry and coatings, cutting conditions, and use of coolant for the given application. Based on temperatures and stresses on the tool face predicted by the finite element analysis (FEA) simulation, tool wear may be estimated with acceptable accuracy using an empirical wear model. According to the technical literature, several wear mechanisms can be defined, namely abrasion (related to thermo-mechanical action), adhesion (related to micro-welding and Built-Up Edge formation and removal), diffusion (chemical alteration due to atomic migration at high temperature), and fatigue. The above phenomena are generally present in combination, even if one or few of them are dominant (depending on the cutting parameters and tool–workpiece combination). For this reason, it is very difficult to define a general effective criterion for tool wear, because the proposed models are focused on some of the main wear mechanisms only. In this study, Deform 3D finite element software was used to simulate the cutting process (turning) and a suitable subroutine was implemented into the software in order to predict the tool wear. In the first of this research, with use of three empirical tool wear models: usui model, takeyama model and coupled abrasive-diffusive wear model , crater wear on tool rake face is predicted. Then, simulation results are compared to experimental measurement in order to introduce best wear rate model. coupled abrasive-diffusive wear model is introduced as the best wear rate model. In the second part of this research, coupled abrasive–diffusive wear model has been employed in order to predict crater wear in different cutting parameters: cutting speed, feed rate, depth of cut and different tool geometry: rake angle, entering angle and tool nose radius. Then effect of cutting parameters and cutting tool geometry on the tool wear are investigated with use of analysis of variance (ANOVA). Analysis of ANOVA for crater wear on the tool rake face revealed that cutting speed have most influence on the tool wear and then feed rate, tool nose radius and depth of cut, respectively have most influence on the tool wear. Influence of rake angle and entering angle is low on the tool wear. Key words: Machining, turning, tool wear, finite element, analysis of variance.
از آنجایی که انجام مطالعات تجربی در زمینه عملیات براده برداری امری هزینه بر، وقت گیر و دارای محدودیت می باشد. امروزه محققین از روش های اجزا محدود به عنوان ابزاری کارآمد جهت انجام مطالعات خود بهره برده اند. سایش ابزار یک موضوع مهم در صنعت ساخت و تولید است زیرا روی کیفیت قطعات تولیدی، عمر ابزار و هزینه های ماشینکاری تاثیر می گذارد. بیشتر کارهای انجام شده بر اساس روشهای تجربی و یا بررسی های آزمایشی هستند در حالیکه فقط تعداد کمی به شبیه سازی عددی سایش ابزار توجه کرده اند. بعلاوه، تاکنون توجه بیشتر روی شبیه سازی دوبعدی در شرایط متعامد برش متمرکز شده است. ولی امروزه افزایش راندمان سخت افزارها و نرم افزارها مدلهای سه بعدی موثری را برای شبیه سازی فرآیندهای ماشینکاری واقعی فراهم می سازد. در این تحقیق ابتدا به کمک روش المان محدود توسط نرم افزار Deform-3D به پیش بینی سایش ابزار توسط سه مدل سایش پرداخته می شود و نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایش مقایسه شده و مدل سایش ترکیبی به عنوان بهترین مدل سایش ابزار معرفی می گردد. برای پیاده سازی مدل سایش ابزار از یک زیر برنامه به زبان فرترن استفاده شده است. در ادامه تحقیق با توجه به اینکه یک شبیه سازی سه بعدی از فرآیند ماشینکاری انجام می شود، علاوه بر بررسی تاثیر پارامترهای سرعت برشی ، نرخ پیشروی و زاویه براده، امکان بررسی تاثیر پارامترهایی همچون عمق برش، شعاع نوک قلم و زاویه تنظیم که در شبیه سازی دوبعدی بر سایش ابزار امکان پذیر نبود، فراهم می شود. بعد از پیش بینی سایش ابزار با مدل ترکیبی سایش ابزار یوسویی و تاکایاما برای آزمایش های طراحی شده برای پارامترهای مختلف ماشینکاری، به کمک آنالیز واریانس تاثیر پارامترهای ماشینکاری و هندسی ابزار بر روی سایش ابزار بررسی می گردد. آنالیز واریانس انجام شده نشان می دهد که سرعت برشی بیشترین تاثیر را روی سایش ابزار دارد که با رابطه تجربی تیلور هم خوانی دارد. بعد از سرعت برشی به ترتیب نرخ پیشروی، شعاع نوک قلم و عمق برش بیشترین تاثیر را دارند. اثرات زاویه براده و زاویه تنظیم بر روی سایش ابزار کم می باشد. کلمات کلیدی: ماشینکاری، سایش ابزار، المان محدود، طراحی آزمایش، آنالیز واریانس

ارتقاء امنیت وب با وف بومی