چکیده  

عملیات ماشین کاري از جمله برش متعامد فلز، فرآیندي غیر خطـی پیچیـده و ترکیبـی از فرآینـد هـايمکانیکی و حرارتی است که به دلیل وجود کرنش، نرخ کرنش و درجه حـرارت بـالا در ناحیـه تمـاس ابـزار- براده شرایط پیچیده اي را بوجود آورده است. در تحلیل فرآیند تراشکاري متعامد با استفاده از شـبیه سـازي المان محدود، پیش بینی ها به طور قابل توجهی تحت تأثیر دو فاکتور اساسی مشخصات تنش جریان قطعـهکار درنواحی تراشکاري  و مشخصات اصطکاك در سطح تماس ابزار- براده است.کـه در ایـن بـین اصـطکاك بین ابزار- براده نقش مؤثرتري در مکانیسم شکل گیري بـراده دارد . تـاکنون مدل هـاي اصـطکاکی زیـاديپ یشنهاد شده است که تا کنون ثابت نشده که کدام یکی از این مدلها قابلیت و کارآیی بیشتري دارد .

در این رساله ابتدا به بررسی تنش هاي برشی و نرمال بوجود آمده در سطح تماس ابزار- براده و روشـهاي اندازه گیري آنها پرداخته و سپس مدل هاي اصطکاك موجود در سطح تماس ابزار- براده که بر اساس تـنش هاي برشی و نرمال است، ارائه شده است.

در این پایان نامه از دو نرم افزار المان محـدود Abaqus/explicit  و Msc.superfom بـراي شـبیه سـازي فرآیند شکل گیري براده پیوسته استفاده شده است. و با ارائه یک فرمولاسیون جدید بر اساس لاگرانژ خالص با شماي ALE، فرآیند ماشینکاري در نرم افزار Abaqus   شبیه سازي شده است، این روش نسبت بـه سـایر روشهاي مشابه ازدقت بالاتري برخورداراست. همچنین در نرم افزار Msc.Superform  از فرمولاسیون مش بندي تطبیقی براي شبیه سازي استفاده شده است.

براي شبیه سازیها مقدار زاویه براده، زاویه آزاد، مقدار پیشروي، عمق برش، شـعاع لبـه ابـزار ثابـت فـرضشده و در هر مدل اصطکاکی ،مقادیر ضرایب اصطکاك و فاکتور اصطکاك مختلف در نظر گرفتـه شـدهاست. سپس مقدار متغیرهاي نیروي برشی، نیروي فشاري، درجه حرارت، زاویه صفحه برشی، ضخامت بـراده توسط نرم افزار استخراج شد. با توجه به  ضرایب اصطکاك و فـاکتور اصـطکاك مختلـف مقـدار متغیرهـايپیش بینی شده در مدل هاي اصطکاکی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته و با نتایج بدست آمده از کار تجربـی موجود مورد مقایسه قرار گرفته است و  در نهایت مدل چسبنده- لغزنده که بیشترین سـازگاري را بـا نتـایجتجربی دارد به عنوان بهترین مدل اصطکاکی انتخاب شده است. همچنین با توجه به نتایج شـبیه سـازي هـاتأثیر مدل هاي اصطکاکی بر روي شبیه سازي المان محدود مشاهده می شود.

کلمــات کلیــدي: ماشینکاري- تراشکاري متعامد – اصطکاك – مدل کــردن اجــزاء محدود – Abaqus,Msc.Superform

حرارت توزیع شده در قطعه کار

حرارت توزیع شده در قطعه کار

عنوان                                                                                                             صفحه

فصل1………………………………………………………………………………………………………………………………1

تاریخچه…………………………………………………………………………………………………………………………  1

1-1.مقدمه  …………………………………………………………………………………………………………………………  2

یکی از مهمترین فرآیندهاي ساخت و تولیـد ماشـین کـاري مـی باشـد. در زمینـه توسـعه و رشـدتئوریهاي مربوط به ماشینکاري مواد تلاشهاي بسیاري انجام شده است، به طوري که در حـال حاضـرباانبوهی از اطلاعات در زمینه هاي مختلف ماشین کاري مواد روبرو هسـتیم . عملیـات ماشـین کـاري ازجمله برش متعامد فلز، فرآیندي غیر خطـی و پیچیـده و ترکیبـی از فرآینـدهاي مکـانیکی و حرارتـیاست. پیچیدگی ها ناشی از کرنش و نرخ کرنش بالا در ناحیه اول برش و تماس و اصطکاك بین ابزار و براده در ناحیه دوم برش است. علاوه بر این، پیچیدگی ناشی از ایجاد حرارت موضعی از طریـق تبـدیلکار پلاستیکی در براده حین تشکیل براده و کار اصطکاکی بین ابزار و براده نیز می باشد. معرفی شـبیهسازي عددي یک نقطه ناپیوستگی در این زمینه بوجود آورده است و مطالعه متغیرهـاي بسـیاري کـهوابسته به فرآیند ماشین کاري هستند را امکان پذیر کـرده اسـت. بسـیاري از محققـان و دانشـمندانعلاقمند به بسط و گسترش مدل هاي عددي براي شبیه سازي فرآیندهاي تراشـکاري فلـزات هسـتند.

در این میان روش المان محدود براساس مدل هاي شبیه سـازي د ر پـیش بینـی شـکل گیـري بـراده،محاسبه توزیع کرنش، نرخ کرنش، درجه حرارت، تنش هاي روي لبه ابـزار ، در بـراده و بـر روي سـطحقطعه کار ماشین کاري شده خیلی لازم و ضروري است. اعتبار نتایج بدست آمده از شبیه سازي المـانمحدود بستگی به دقت مقادیر ورودي دارد و از این بین اصطکاك در طـول سـطح بـراده- ابـزار بـرايپیش بینی متغیرهاي تراشکاري مانند نیروي تراشکاري، اطلاعات براده و توزیـع درجـه حـرارت بسـیارمهم و حیاتی است .

1-2.مروري برکارهاي انجام شده  …………………………………………………………………………………………………………  2

نرخ کرنش

نرخ کرنش

فصل2   تریبیولوژي بین سطح مشترك ابزار و براده…………………12

2-1.معرفی  ……………………………………………………………………………………………………………….  13
‫در اﯾﻦ ﻓﺼﻞ ﺷﺮاﯾﻂ ﺗﺮﯾﺒﯿﻮﻟﻮژي1 در ﺳﻄﺢ ﺗﻤﺎس اﺑﺰار- ﺑﺮاده را ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار ﻣـﯽ دﻫـﯿﻢ. ﻓﻬـﻢ ‫اﯾﻦ ﺷﺮاﯾﻂ و اﺳﺘﻔﺎده درﺳﺖ از آن در ﻃﺮاﺣﯽ ﻓﺮآﯾﻨﺪ ﺗﺮاﺷـﮑﺎري، ﺑﺎﻋـﺚ اﻓـﺰاﯾﺶ راﻧـﺪﻣﺎن در ﺳﯿﺴـﺘﻢ ‫ﺗﺮاﺷﮑﺎري و ﮐﺎﻫﺶ ﺳﺎﯾﺶ اﺑﺰار ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ. اﯾـﻦ ﺷـﺮاﯾﻂ ﺷـﺎﻣﻞ ﺗﻮزﯾـﻊ ﺗـﻨﺶ ﻫـﺎي ﺗﻤﺎﺳـﯽ، ﻣﺎﻫﯿـﺖ ﻓﺮآﯾﻨﺪﻫﺎي ﺗﻤﺎﺳﯽ، ارﺗﺒﺎط ﺑﯿﻦ ﻣﺸﺨﺼﺎت ﻓﺮآﯾﻨﺪﻫﺎي ﺗﻤﺎﺳـﯽ ﺑـﺎ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫـﺎي ﺧﺮوﺟـﯽ و ورودي ﻣﻬـﻢ اﺳﺖ و ﺗﻮﺟﻪ ﺧﺎص ﭘﺮداﺧﺘﻦ ﺑﻪ ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت اﺑﺰار و ﻗﻄﻌﻪ ﮐﺎر اﺳﺖ. ﻫﻨﮕﺎﻣﯽ ﮐﻪ ﻣﺎده اي ﻣﺎﺷـﯿﻦ ﮐـﺎري ‫ﻣﯽ ﺷﻮد ﻧﯿﺮوي ﺗﺮاﺷﮑﺎري اﺳﺎﺳﺎً از ﻃﺮﯾﻖ ﻧﺎﺣﯿﻪ ﮐﻮﭼﮑﯽ از ﺳﻄﺢ ﺑﺮاده اﺑﺰارﮐﻪ درﺗﻤﺎس ﺑـﺎ ﺑـﺮاده اﺳـﺖ ‫اﻋﻤﺎل ﻣﯽ ﺷﻮد اﯾﻦ ﻧﺎﺣﯿـﻪ ﺑـﻪ ﻋﻨـﻮان ﺳـﻄﺢ ﺗﻤـﺎس اﺑـﺰار- ﺑـﺮاده ﻣﻌـﺮوف اﺳـﺖ. ﻣﺸﺨﺼـﺎت اﺳﺎﺳـﯽ ﺗﺮﯾﺒﯿﻮﻟﻮژﯾﮑﺎل ﺳﻄﺢ ﺗﻤﺎس اﺑﺰار- ﺑﺮاده ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از :

2-2.تنشهاي تماسی  ………………………………………………………………………………………………………………  14

2-2- 1. تنش برشی ………………………………………………………………………………………………………………..  14

2-2- 2. تنش نرمال  ………………………………………………………………………………………………………………….  17

‫ﺑﺮﻋﮑﺲ ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﯽ ﻣﺘﻮﺳﻂ، ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﯽ ﻧﺮﻣـﺎل ﻣﺘﻮﺳـﻂ ‪ σCدر ﺳـﻄﺢ ﺗﻤـﺎس اﺑـﺰار – ﺑـﺮاده ﺑـﻪ ‫ﺑﺴﯿﺎري از ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎي ﻓﺮآﯾﻨﺪ ﺗﺮاﺷﮑﺎري ﺣﺴﺎس اﺳﺖ. اﯾﻦ ﺗﻨﺶ اﺳﺎﺳﺎً ﺑﻪ ﺳـﺮﻋﺖ ﺑﺮﺷـﯽ، ﭘﯿﺸـﺮوي و ‫زاوﯾﻪ ﺑﺮاده ﺑﺴﺘﮕﯽ دارد. ‫ﺑﺎ اﻧﺠﺎم ﺗﺴﺘﻬﺎي ﻓﺮاوان ﺗﻮﺳﻂ زروف  وﭘﻮﻟﯿﺘﯿﮑﺎ  ﺛﺎﺑﺖ ﺷﺪه اﺳﺖ ﮐﻪ ﺗﻨﺶ ﻧﺮﻣﺎل ﻣﺘﻮﺳـﻂ ‫در ﺳﻄﺢ ﺗﻤﺎس اﺑﺰار- ﺑﺮاده ﺑﺮاي رﻧﺞ وﺳﯿﻌﯽ از ﻗﻄﻌﻪ ﮐﺎرﻫﺎي ﻓﻠﺰي ﺑﺎ ﺳﺮﻋﺖ ﺑﺮﺷﯽ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽ ﯾﺎﺑﺪ. ‫ﺷﮑﻞ(2-4) ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺗﺴﺖ ﺑﺮاي ﻓﻠﺰات ﻣﺨﺘﻠﻒ را ﻧﺸﺎن ﻣﯽ دﻫﺪ. درﺣـﺎل ﮐـﻪ دﯾـﺪه ﻣـﯽ ﺷـﻮد ﺑـﺮاي ‫ﻓﻮﻻدﻫﺎي ﺑﺎ ﮐﺮﺑﻦ ﺑﺎﻻ و ﺳﺨﺘﯽ و ﺣﺴﺎﺳﯿﺖ ﺑﻪ ﻧﺮخ ﮐﺮﻧﺶ ﺑﺎﻻ اﯾﻦ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﺑﯿﺸﺘﺮ ﻣﻌﻠﻮم و ﻣﺸـﺨﺺ اﺳـﺖ. ﺷﮑﻞ(2-5) ﻧﺘﺎﯾﺞ را ﺑﺮاي ﺑﺮﻟﯿﻮم ﻣﺲ ﺑﺎ ﺳﺨﺘﯽ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ اراﺋﻪ داده اﺳﺖ در ﺣـﺎﻟﯽ ﮐـﻪ دﯾـﺪه ﻣـﯽ ‫ﺷﻮد ﺗﻨﺶ ﻋﻤﻮدي ﻣﺘﻮﺳﻂ در ﺳﻄﺢ ﺗﻤﺎس اﺑﺰار – ﺑﺮاده ﺑﺎ ﺳﺨﺘﯽ ﻗﻄﻌﻪ ﮐﺎر اﻓﺰاﯾﺶ ﭘﯿﺪا ﻣﯽ ﮐﻨﺪ.ﮐﺸﻒ ‫ﺷﺪه اﺳﺖ ﮐﻪ ﺗﻨﺶ ﻧﺮﻣﺎل ﻣﺘﻮﺳﻂ در ﺳﻄﺢ ﺗﻤﺎس اﺑﺰار- ﺑﺮاده ﺑﺎ زاوﯾﻪ ﺑﺮاده ﮐﺎﻫﺶ ﭘﯿﺪا ﻣﯽ ﮐﻨـﺪ. اﯾـﻦ ‫ﺑﻪ ﺑﻬﺘﺮﯾﻦ ﻧﺤﻮ ﺑﺎ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺗﺠﺮﺑﯽ ﺑﺪﺳﺖ آﻣﺪه از ﻣﺎﺷﯿﻦ ﮐﺎري ﮐﺎدﯾﻮم در ﺷﮑﻞ 2-6 ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳـﺖ. ‫درﺣﺎﻟﯽ ﮐﻪ دﯾﺪه ﻣﯽ ﺷﻮد ﺗﻨﺶ ﻧﺮﻣﺎل ﻣﺘﻮﺳﻂ ﺑﺎ زاوﯾﻪ ﺑﺮاده ﮐﺎﻫﺶ ﻣﯽ ﯾﺎﺑﺪ.

2-3.طول تماس……………………………………………………………………………………………………………………….  19

2-3- 1. متدولوژي  …………………………………………………………………………………………………………………  19

2-4.توزیع تنش هاي تماسی–نتایج گزارش شده………………………………………………………………………………  22

2-4- 1. روش فوتو الاستیک  ………………………………………………………………………………………………………  23

2-4- 2. روش ابزار دو تکه  …………………………………………………………………………………………………………  25

2-4- 3. روش تجربی میدان خط لغزش…………………………………………………………………………………………….  27

2-4- 4. توزیعات تنش تماسی – مدل کردن  ……………………………………………………………………………………  29

تاثیر ضریب اصطکاک بر نیروی فشار در مدل اصطکاک چسبنده - لغزنده

تاثیر ضریب اصطکاک بر نیروی فشار در مدل اصطکاک چسبنده – لغزنده

فصل3: اصطکاك…………………………………………………….  31

3-1.اصطکاك………………………………………………………………………………………………………………………………  32

‫اﺻﻄﮑﺎك درواﻗﻊ ﻧﯿﺮوي ﻣﻘﺎوﻣﯽ اﺳﺖ ﮐﻪ وﻗﺘﯽ دوﺳﻄﺢ روي ﻫﻢ ﻣﯽ ﻟﻐﺰﻧﺪ ﺑﻮﺟﻮد ﻣﯽ آﯾﺪ و ﺟﻬﺘـﯽ ‫ﺑﺮﺧﻼف ﺟﻬﺖ ﺑﺮدار ﺳﺮﻋﺖ ﺑﺮاي دو ﺳﻄﺢ راداراﺳﺖ. ﺣﻮزه اﺻﻄﮑﺎك ﺑﻪ دو ﺳﻄﺢ ﺗﻘﺴﯿﻢ ﻣﯽ ﺷﻮد:

‫1)ﻟﻐﺰﻧﺪه ﻫﺎي ﺗﺤﺖ ﺑﺎر ﺳﺒﮏ
‫2)ﻟﻐﺰﻧﺪه ﻫﺎي ﺗﺤﺖ ﺑﺎر ﺳﻨﮕﯿﻦ
‫ﻫﺮ ﮐﺪام از اﯾﻦ ﻫﺎ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷﺮاﯾﻂ ﺧﺎص اﺻﻄﮑﺎك ﮐـﻪ ﺑـﻪ ﺑـﺮش ﻓﻠـﺰات ﺑﺴـﺘﮕﯽ دارد، ﺑـﻪ ﻃـﻮر ‫ﺧﻼﺻﻪ ﺗﻮﺿﯿﺢ داده ﻣﯽ ﺷﻮد.

3-2.لغزنده هاي تحت بار سبک  ………………………………………………………………………………………………………..  32

3-2- 1. سطوح حقیقی تماس  ………………………………………………………………………………………………………..  33

3-2- 2. منشأ اصطکاك  ……………………………………………………………………………………………………………….  35

3-2- 3. قوانین لغزش خشک  ………………………………………………………………………………………………………..  35

3-2- 4. اصطکاك چسبنده  ……………………………………………………………………………………………………………..  36

3-3.لغزنده هاي تحت بارسنگین  ………………………………………………………………………………………………………  37

3-3- 1. اثر مور ………………………………………………………………………………………………………………………..  37

3-3- 2. اصطکاك لغزنده در بار سنگین  ……………………………………………………………………………………………..  40

3-4.اصطکاك در برش فلزات  ……………………………………………………………………………………………………………….  42

3-4- 1. ضریب اصطکاك………………………………………………………………………………………………………………..  42

3-4- 2. مدل هاي اصطکاك  ………………………………………………………………………………………………………….  46

فصل4:تکنولوژي شبیه سازي شکل گیري براده…………………….52

4-1.جنبه هاي عددي  ……………………………………………………………………………………………………………………….  53

4-1- 1. رویکردها  ……………………………………………………………………………………………………………………………..  53

4-1- 2. انطباق شبکه بندي  …………………………………………………………………………………………………………………  55

4-2.مدل هاي ماده…………………………………………………………………………………………………………………………..  55

4-2- 1. ارزیابی مدلهاي ترکیبی مواد  …………………………………………………………………………………………………..  56

4-2- 2. مدل جانسون-کوك  ……………………………………………………………………………………………………………….  57

4-2- 3. مدل زرلی- آرمسترنگ  …………………………………………………………………………………………………………  58

4-2- 4. مقایسه مدل هاي مختلف بر اساس فولاد 1045 AISI ………………………………ا…………………………………….  59

4-3.تکنولوژي شبیه سازي شکل گیري براده  ………………………………………………………………………………………..  61

4– 1. معرفی……………………………………………………………………………………………………………………………..  61
‫ﺑﻬﯿﻨﻪ ﺳﺎزي ﻓﺮآﯾﻨﺪ ﺗﺮاﺷﮑﺎري ﻧﯿﺎز ﺑﻪ داﻧﺶ ﭘﯿﭽﯿﺪه در ﺑﺎره راﺑﻄﻪ ﺑﯿﻦ ﻓﺮآﯾﻨـﺪ ﺗﺮاﺷـﮑﺎري و ﺗﺮﮐﯿـﺐ ‫ﭘﺎراﻣﺘﺮ ﻫﺎي ﺗﺮاﺷﮑﺎري اﺑﺰار و ﻗﻄﻌﻪ ﮐﺎر دارد. در اﯾﻦ ﻗﺴﻤﺖ ﻓﺮآﯾﻨﺪ ﺷﮑﻞ ﮔﯿﺮي ﺑﺮاده ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده ازﮐـ‪ Abaqus/Explicit،FEMﺪ ‫ﺗﻮﺿﯿﺢ داده ﻣﯽ ﺷﻮد.
4-3- 2. شبیه سازي شکل گیري براده در الگوریتم Explicit…………………………..ا…………………………………….  61

4-4.شبیه سازي شکل گیري براده پیوسته  …………………………………………………………………………………  62

4-4- 1. محدو دیت هاي مدل ها ي شکل گیري براده موجود………………………………………………………………  62

4-4- 2. مزایاي مدل جدید  شکل گیري  براده  ………………………………………………………………………………  64

4-5.تکنیک  هاي مش بندي تطبیقی در Abaquse/explicit  …………………………………ا………………………..  65

4-5- 1. انواع نواحی مرزي  …………………………………………………………………………………………………..  65

4-5- 2. مدل  هاي اویلر – لاگرانژ قراردادي ALE  ……………………………………………….ا…………………………..  67

4-6.مدل هاي اصطکاك موجود در Abaquse/explicit  ………………………….ا……………………………………………  72

4-6-1. مدل اصطکاك کولومب اساسی  ………………………………………………………………………………………  72

4-6-2. استفاده از حد تنش برشی  …………………………………………………………………………………………  73

4-6-3. مدل تنش برشی در مقابل لغزش الاستیک در حالی که چسبندگی رخ می دهد……………………………..  74
‫در ﺑﻌﻀﯽ از ﻣﻮارد ﻧﻤﻮ ﻟﻐﺰش ﻣﻤﮑﻦ اﺳﺖ اﺗﻔﺎق ﺑﯿﺎﻓﺘـﺪ وﻟـﻮ اﯾﻨﮑـﻪ وﺿـﻌﯿﺖ اﺻـﻄﮑﺎك ﺑـﻪ ﺻـﻮرت ‫ﭼﺴﺒﻨﺪه ﺑﺎﺷﺪ. ﺑﻪ ﻋﺒﺎرت دﯾﮕﺮ ﺷﯿﺐ ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﯽ )اﺻﻄﮑﺎﮐﯽ( در ﻣﻘﺎﺑﻞ راﺑﻄﻪ ﻟﻐﺰش ﻧﻬـﺎﯾﯽ در وﺿـﻌﯿﺖ ‫ﭼﺴﺒﻨﺪﮔﯽ ﻣﺘﻨﺎﻫﯽ اﺳﺖ. ﺷـﮑﻞ  ارﺗﺒـﺎط ﻧﺸـﺎن داده ﺷـﺪه در اﯾـﻦ ﺷـﮑﻞ ﻣﺸـﺎﺑﻪ رﻓﺘـﺎر ﻣـﻮاد ‫اﻻﺳﺘﯿﮏ- ﭘﻼﺳﺘﯿﮏ ﺑﺪون ﺳﺨﺖ ﮐﺎري اﺳﺖ. ‪ Kﺑﺮاﺑﺮ ﺑﺎ ﻣﺪول ﯾﺎﻧﮓ اﺳﺖ و ‪ﻣﻌﺎدل ﺗﻨﺶ ﺗﺴـﻠﯿﻢ ‫اﺳﺖ. اﺻﻄﮑﺎك ﭼﺴﺒﻨﺪﮔﯽ ﻣﻌـﺎدل ﻧﺎﺣﯿـﻪ اﻻﺳـﺘﯿﮏ و اﺻـﻄﮑﺎك ﻟﻐﺰﻧـﺪﮔﯽ ﻣﻌـﺎدل ﻧﺎﺣﯿـﻪ ﭘﻼﺳـﺘﯿﮏ ‫اﺳﺖ.

7-4مدل سازي به کمک Msc.Superform………………………………………………………ا……………………………75

4-8.مدل کردن اصطکاك درSuperform……………………………………………………………………………….ا….  78

4-8- 2. جدایش  ……………………………………………………………………………………………………………….  82

شکل گیری براده اولیه

شکل گیری براده اولیه

فصل5 آزمایشات………………………………………………………….  83

5-1.آزمایشات  ………………………………………………………………………………………………………………  84

فصل6  نتایج………………………………………………….  87

6- 1.مقدمه  ………………………………………………………………………………………………………………..  88
‫ﻗﺒﻞ از اراﺋﻪ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺗﻮﺿﯿﺤﯽ ﻣﺨﺘﺼﺮ از ﻧﺤﻮه ﺷـﺮاﯾﻂ ﺟﻤـﻊ آوري اﻃﻼﻋـﺎت از ﻧـﺮم اﻓﺰارﻫـﺎي اﻟﻤـﺎن ‫ﻣﺤﺪود اراﺋﻪ ﻣﯽ ﮐﻨﯿﻢ.‫در ﻫﻤﻪ ﺷﺒﯿﻪ ﺳﺎزي ﻫﺎ ﺑﻌﺪ از رﺳﯿﺪن ﺑﻪ ﺣﺎﻟﺖ ﭘﺎﯾﺪار اﻃﻼﻋﺎت ﺟﻤﻊ آوري ﺷـﺪه اﺳـﺖ. ﺷـﮑﻞ ‫ﻧﻤﻮدار ﻧﯿﺮوي ﺑﺮش در ﻣﻘﺎﺑﻞ ﻧﻤﻮ ﻫﺎ ﺑﻌﺪ از رﺳﯿﺪن ﺑﻪ ﻧﻘﻄﻪ ﺣﺎﻟﺖ ﭘﺎﯾﺪار را ﻧﺸﺎن ﻣـﯽ دﻫـﺪ. ﺑﻨـﺎﺑﺮ اﯾـﻦ ‫ﺗﻤﺎم ﻧﺘﺎﯾﺞ اراﺋﻪ ﺷﺪه در اﯾﻦ ﮐﺎر ﺗﺤﺖ ﺷﺮاﯾﻂ ﺣﺎﻟﺖ ﭘﺎﯾﺪار ﺟﻤﻊ آوري ﺷﺪه اﺳﺖ.
6- 2.نتایج حاصل ازشبیه سازي درنرمافزارMsc.Superform  ………………..ا………………………………………  90

6- 2-1. اصطکاك کولومب(مدل 1) ………………………………………………………………………………………  90

‫ﯾﮏ ﺗﺎﺑﻊ ﻫﻤﻮار ﺳﺎزي ﻏﯿﺮ ﺧﻄﯽ آرك ﺗﺎﻧﮋاﻧﺘﯽ ﺑﺮ اﺳﺎس ﺳﺮﻋﺖ ﻟﻐﺰﺷﯽ ﺑﯿﻦ ﺑﺪﻧﻪ ﻫﺎي ﺗﻤﺎﺳﯽ اﺳـﺖ. ‫ﭘﺎراﻣﺘﺮﮐﻨﺘﺮﻟﯽ اﯾﻦ ﻣﺪل آﺳﺘﺎﻧﻪ ﺳﺮﻋﺖ ﻟﻐﺰﺷﯽ اﺳﺖ. دراﯾﻦ ﻣﺪل ﺟﺪاﯾﯽ ﺑﯿﻦ ﮔﺮﻫﺎ ﺑﺮ اﺳﺎس ﻣﻌﯿﺎر ﺗـﻨﺶ ‫ﮔﺮﻫﯽ ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد وﻫﻨﮕﺎﻣﯽ ﮐﻪ ﺗﻨﺶ ﺑﻪ ﻣﻘﺪار ﻣﻌﯿﻨﯽ رﺳﯿﺪ ﺟﺪاﯾﺶ اﺗﻔﺎق اﻓﺘـﺪ. ﺗـﻨﺶ ﻫـﺎي ﮔﺮﻫـﯽ از ‫ﻃﺮﯾﻖ ﺑﺮون ﯾﺎﺑﯽ ﺗﻨﺸﻬﺎي ﻧﻘﺎط اﻧﺘﮕﺮاﻟﮕﯿﺮي اﻟﻤﺎن ﺗﺎ ﮔﺮه ﻫﺎ ﺑﺪﺳﺖ ﻣﯽ آﯾﺪ.

6- 2-2. اصطکاك برشی  (مدل 2)  ……………………………………………………………………………………  91
‫اﺻﻄﮑﺎك ﺑﺮﺷﯽ ﻧﻮﻋﺎً ﺑﺮاي ﮐﺎرﺑﺮدﻫﺎي ﺷﮑﻞ دﻫﯽ ﻓﻠﺰات ﺑﺮاي ﻣﺤﺪود ﮐﺮدن ﻣﻘﺪار اﺻﻄﮑﺎك ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ‫ﺗﻐﯿﺮﺷﮑﻞ ﻫﺎي ﭘﻼﺳﺘﯿﮏ اﺳﺖ. در اﯾﻦ ﻧﻮع اﺻﻄﮑﺎك ﻧﯿـﺰ دو ﻧـﻮع اﻧﺘﺨـﺎب ،اﺻـﻄﮑﺎك ﺑﺮﺷـﯽ ﺑﺮاﺳـﺎس ‫ﺳﺮﻋﺖ و اﺻﻄﮑﺎك ﺑﺮﺷﯽ ﺑﺮ اﺳﺎس ﺟﺎﺑﺠﺎﯾﯽ وﺟﻮ د دارد. در ﻣﺪل اﺻﻄﮑﺎك ﺑﺮﺷﯽ ﺟﺪاﯾﺶ ﮔـﺮ ﻫـﺎ ﺑـﺮ ‫اﺳﺎس ﺗﻨﺶ ﮔﺮﻫﯽ اﻧﺘﺨﺎب ﻣﯽ ﺷﻮد

6- 2-3. مدل اصطکاك چسبنده- لغزنده (مدل 3)  ……………………………………………………………………  91

6- 2-4. مقایسه ضخامتهاي براده  ……………………………………………………………………………………..  93

6- 2-5. مقایسه زوایاي  صفحه برشی  …………………………………………………………………………….  96

6- 2-6. مقایسه نیروهاي برشی  …………………………………………………………………………………….  98

6- 2-7. مقایسه نیروهاي فشاري…………………………………………………………………………………….  101

6- 2-8. مقایسه دما  ……………………………………………………………………………………………………..  104

6- 3.بهترین نتیجه بدست آمده در هر مدل  …………………………………………………………………………..  105

6- 4.نتایج حاصل ازشبیه سازي در نرمافزارAbaquse/explicit ……………………….ا……………………………  106

6- 4-1. مقایسه ضخامتهاي براده  …………………………………………………………………………………..  106

6- 4-2. مقایسه زوایاي برشی  …………………………………………………………………………………….  107

6- 4-3. مقایسه نیروهاي برشی  …………………………………………………………………………………..  108

6- 4-4. مقایسه نیروهاي فشاري…………………………………………………………………………………….  109

6- 4-5. مقایسه دما  ………………………………………………………………………………………………….  110

ارتباط بین طول تماس و سرعت تماس برای فولاد های مختلف

ارتباط بین طول تماس و سرعت تماس برای فولاد های مختلف

فصل7 بحث و نتیجه گیري………………………………………………113

7-1.بحث واظهارنظر  ………………………………………………………………………………………………  114

7-2.نتیجه گیري  ……………………………………………………………………………………………………..  115

7-3.پیشنهادات  ………………………………………………………………………………………………………  116

فصل8 …………………………………………………………………………………………………………..117

منابع و مراجع  ………………………………………………………………………………………………….117

8-.منابع  ومراجع………………………………………………………………………………………………….  118

  فهرست جداول

فصل1……………………………………………………………………………………….. 1
تاریخچه…………………………………………………………………………………….. 1
تریبیولوژي بین سطح مشترك ابزار و براده………………………………………………12
فصل3……………………………………………………………………………………….. 31
اصطکاك……………………………………………………………………………………. 31
تکنولوژي شبیه سازي شکل گیري براده………………………………………………..52

جدول4- 1. ثابت ها براي مدل ترکیبی جانسون – کوك…………………………………58

جدول4-2. ثابت هاي مدل ZA براي مواد مختلف………………………………………59

جدول4-3. مدل هاي تنش جریان براي 1045 AISI……………..ا…………………….59

جدول4-4. پارامترهاي استفاده شده در شبیه سازي فولاد 1045 AISI……….ا…. 61
آزمایشات…………………………………………………………………………………83

جدول5- 1. خصوصیات 1045 AISI……………………………..ا………………………84

جدول5-2. خصوصیات ماده براي ابزار کاربیدي………………………………………..85

جدول5-3. اطلاعات ابزار و شرایط تراشکاري براي آزمایشات و محاسبات………….86

جدول5-4. نتیجه آزمایشات…………………………………………………………….86
نتایج………………………………………………………………………………………87

جدول6- 1. ضخامت هاي براده پیش بینی شده در SUPERFORM.MSC………ا……..94

جدول6- 2. زوایاي برشی پیش بینی شده در SUPERFORM.MCS………….ا………97

جدول6- 3. نیروهاي برشی پیش بینی شده در SUPERFORM.MSC…………ا……….99

جدول6- 4. نیروهاي فشاري پیش بینی شده در SUPERFORM.MSC……….ا…….102

جدول6- 5. درجه حرارت پیش بینی شده در SUPERFORM.MSC…………..ا………..105

جدول6- 6. بهترین نتیجه بدست آمده در هر مدل………………………..ا……………….106

جدول6- 7. ضخامت براده پیش بینی شده در ABAQUS………………ا…………………107

جدول6- 8. زاویه صفحه برشی پیش بینی شده در ABAQUS……………..ا………….108

جدول6- 9. نیروي برشی پیش بینی شده در ABAQUS…………….ا…………………109

جدول6- 10. نیروي فشاري پیش بینی شده در ABAQUS………………..ا…………….. 110
جدول6- 11. درجه حرارت پیش بینی شده در ABAQUS……………………ا……….. 111
بحث و نتیجه گیري…………………………………………………………………….113
منابع و مراجع……………………………………………………………………..117

فهرست اشکال
عنوان صفحه
تاریخچه…………………………………………………………………………………………………………..1

شکل 1- 1. مدل توسعه یافته استرنکوسکی و کارول……………………………………………………………5

شکل 1-2. مدل استرنکوسکی وکیونگ-جی مون (A) شکل براده اولیه (B)توزیع نرخ کرنش بعد از حل……..6

شکل 1-3. الگوریتم مدول مش بندي مجدد………………………………………………………………………..7

تریبیولوژي بین سطح مشترك ابزار و براده …………………………..12

شکل2- 1. تأثیر سرعت برشی بر تنش برشی متوسط………………………………………………………………14

شکل2-2. مقایسه تأثیر درجه حرارت تماسی بر روي تنش برشی متوسط و استحکام برشی در تست کشش………….15

شکل2-3. ارتباط بین تنش برشی متوسط درسطح مشترك ابزار – براده وتنشکشش بی نهایت براي مواد مختلف…………16

شکل2-4. تأثیر سرعت برشی بر روي تنش متوسط نرمال براي فلزات مختلف ………………………………………………….17

شکل2-5. تأثیر سرعت برشی بر تنش نرمال متوسط CΣ براي برلیوم مس UNSC17000 با سختیهاي مختلف………………..18

شکل2-6. تنش متوسط نرمال به عنوان تابعی از زاویه براده نرمال…………………………………………………………………….18

شکل2-7. ارتباط بین طول تماس و ضخامت براده نتراشیده براي مواد مختلف ………………………………………………………19

شکل2-8. ارتباط بین طول تماس وسرعت برشی براي مواد مختلف ………………………………………………………………… 20

شکل2-9. ارتباط بین طول تماس و سرعت برشی براي فولاد هاي مختلف ………………………………………………………….. 21

شکل2- 10. تآثیر زاویه براده بر روي طول تماس…………………………………………………………………………………………. 21

شکل2- 11. تأثیر طول تماس برروي تنش نرمال مخصوص و متوسط درجه حرارت تماسی در سطح تماس ابزار – براده …………22

شکل2-12. توزیعات تنش گزارش شده در مقالات: (A) تنش نرمال (B) تنش برشی ………………………………………………..24

شکل2-13. اصول اندازه گیري توزیع تنش با استفاده از ابزار دوتکه……………………………………………………………………..25

شکل2-14. نمایش کیفی توزیع تنش نرمال (A)و برشی (B) بوسیله روت و اکسلی……………………………………………………28

شکل2-15. سطح تماس ابزار – براده که شامل بخشهاي الاستیک و پلاستیک است………………………………………………29

شکل2-16. تأثیرسرعت برشی برروي طول تماس LC و بخش پلاستیک P-LC در سطح تماس ابزار-براده…………………………….. 30

اصطکاك ……………………………………………31

شکل3- 1. لغزنده صفحه اي با بار افزایشی (P).سطح بالاي هاشورخورده سخت است و سطح پایینی نرم ،منطقه E الاستیک است……38

شکل3-2. ترسیم مس سخت کاري شده (84 ویکرز) با شیارهاي025/ 0 (که قبل از دندانه دار شدن با قطر 6MM و گام 18MM/ 0). A) بار KG 200 B) بار KG 2000……………………………………………..ا……………..38

شکل3-3. نماي ناهمواریهاي صاف شده با تنش نرمال توسط سطح خیلی صاف…………………………………………………………39

شکل3-4. رفتار سطوح تماس تحت تنش نرمال بالا………………………………………………………………………………………….. 40
ز شکل3-5. سه منطقه اصطکاکی جامد(شاو، بر و مامین 1960)………………………………………………………………………….. 41

شکل3-6. وسیله تست براي اندازه گیري اصطکاك با جریان پلاستیک در سطح زیري……………………………………………………..42

شکل3-7. .نمایی از نیروهاي عمل کننده در سطح تماس تماس ابزار – براده………………………………………………………………..43

شکل3-8. مدل صفحه برشی شکل گیري براده………………………………………………………………………………………………….46

شکل3-9. نسبت ناحیه واقعی تماس برروي ناحیه ظاهري تماس درمقابل بار نرمال در ماشین کاري فلزات…………………………….47

شکل3- 10. مدل توزیع تنش برشی و نرمال سطح براده توسط زروف…………………………………………………………….48

تکنولوژي شبیه سازي شکل گیري براده…………………………………….52

شکل4- 1. محدوده تست مدل تنش جریان براي فولاد 1045 AISI…………………………ا………………………………………….. 60

شکل4-2. ترك شکل داده شده، پیش روي لبه ابزاردر شبیه سازي……………………………………………………………………….63

شکل4-3. مشکلات در تحلیل شکل گیري براده با هندسه براده اولیه نامناسب…………………………………………………………64

شکل4-4. نواحی مرزي در مدل شکل گیري براده…………………………………………………………………………………………….65

شکل4-5. ویژگی هندسی………………………………………………………………………………………………………………………66

شکل4-6. تأثیر اصلاح انحناء………………………………………………………………………………………………………………………67

شکل4-7. شرایط مرزي اویلر- لاگرانژ……………………………………………………………………………………………………………..68

شکل4-8. تحلیل شکل گیري براده اولیه…………………………………………………………………………………………………………68

شکل4-9. تحلیل رشد براده……………………………………………………………………………………………………………………..69

شکل4- 10. مرحله شکل گیري براده حالت پایدار…………………………………………………………………………………………….. 70

شکل4- 11. شرایط مرزي مدل لاگرانژ خالص با شرایط ALE………………………….ا……………………………………………………. 71

شکل4-12. شبیه سازي شکل گیري براده با ابزار لبه گرد………………………………………………………………………………….72

شکل4-13. نواحی لغزش براي مدل اصطکاکی کولومب……………………………………………………………………………………….73

شکل4-14. نواحی لغزش براي مدل حد تنش برشی……………………………………………………………………………………………74

شکل4-15. ارتباط لغزش الاستیک در مقابل کشش برشی براي اصطکاك لغزنده و چسبنده…………………………………………75

شکل4-16. مدل المان محدود FORM SUPER.MSC……………………………….ا…………………………………………………………75

شکل4-17. المان چهارگوش…………………………………………………………………………………………………………………….76

شکل4-18. توزیع کانتور دما در حین براده برداري براي اصطکاك کولومب……………………………………………………………….77

شکل4-19. توزیع کانتورکرنش پلاستیک در حین براده برداري براي اصطکاك کولومب………………………………………………….77

شکل4- 20.

تنش اصطکاکی تابع پله اي و اصلاح شده آن……………………………………………………………………………………………….79

شکل4- 21. تقریب لغزش- چسبنده……………………………………………………………………………………………………….79

شکل4-22. جریان برنامه براي روش چسبنده- لغزنده………………………………………………………………………………….. 80

شکل4-23. مدل خطی کولومب در مقا بل رفتار مشاهده شده………………………………………………………………………. 81

آزمایشات………………………………………………………………………..83

شکل5- 1. استحکام تسیم در مقابل کرنش پلاستیک براي 1045 AISI…………………….ا……………………………………….85

نتایج…………………………………………………………………………87

شکل6- 1. نمونه اي از نمودار نیروي برشی در مقابل نمودار…………………………………………………………………..88

شکل6- 2. تأثیر مقدار نفوذ تماس……………………………………………………………………………………………….89

شکل6- 3. تأثیر روش بررسی نفوذ (CHECK PENETRATION) بر نتایج……………………………………………………..89

شکل6- 4. تأثیر ضریب اصطکاك بر ضخامت براده در مدل کولومب…………………………………………………………….94

شکل6- 5. تأثیر فاکتور اصطکاك M بر روي ضخامت براده در مدل برشی……………………………………………………….95

شکل6- 6. تأثیر ضریب اصطکاك بر ضخامت براده در مدل اصطکاك چسبنده – لغزنده………………………………………….95

شکل6- 7. منحنی توزیع نرخ کرنش معادل در شبیه سازي……………………………………………………………………….96

شکل6- 8. تأثیر ضریب اصطکاك بر زاویه صفحه برشی در مدل کولومب…………………………………………………………….97

شکل6- 9. تأثیر فاکتور اصطکاك بر روي زاویه صفحه برشی براي مدل اصطکاك برشی………………………………………..98

شکل6- 10. تأثیر ضریب اصطکاك بر روي زاویه صفحه برشی براي مدل اصطکاك چسبنده لغزنده………………………….98

شکل6- 11. تأثیر ضریب اصطکاك بر روي نیروي برشی در مدل کولومب……………………………………………………… 100

شکل6- 12. تأثیر فاکتور اصطکاك بر نیروي برشی در مدل اصطکاك برشی…………………………………………………. 100

شکل6- 13. تأثیر ضریب اصطکاك برروي نیروي برشی در مدل اصطکاك چسبنده – لغرنده……………………………… 101

شکل6- 14. نیروهاي عمل کننده بر ابزار…………………………………………………………………………………………. 101

شکل6- 15. تأثیر ضریب اصطکاك بر روي نیروي فشاري در مدل اصطکاکی کولومب…………………………………………103

شکل6- 16. تأثیر فاکتوربرشی بر روي نیروي فشاري در مدل اصطکاکی برشی………………………………………….103

شکل6- 17. تأثیر ضریب اصطکاك بر نیروي فشاري در مدل اصطکاکی چسبنده – لغزنده…………………………………….104

شکل6- 18. توزیع درجه حرارت در قطعه کار…………………………………………………………………………………………..104

شکل6- 19. تأثیر ضریب اصطکاك بر روي ضخامت براده در مدل هاي مختلف اصطکاکی در ABAQUS………ا………………….107

شکل6- 20. تأثیر ضریب اصطکاك بر زاویه صفحه برشی در مدل هاي مختلف اصطکاکی در ABAQUS…………..ا…………….108

شکل6- 21. تأثیر ضریب اصطکاك بر روي نیروي برشی در مدل هاي مختلف اصطکاکی در ABAQUS……………..ا…………..109

شکل6- 22. تأثیر ضریب اصطکاك بر روي نیروي فشاري در مدل هاي مختلف اصطکاکی درABAQUS………………..ا……… 110

شکل6- 23. حرارت توزیع شده در قطعه کار………………………………………………………………………………………… 111

شکل6- 24. تأثیر ضریب اصطکاك بر روي درجه حرارت در مدلهاي مختلف اصطکاکی در ABAQUS……………….ا…………112
بحث و نتیجه گیري…………………………………………………………………………………………………………………113
منابع و مراجع………………………………………………………………………………………………………………………..135

Abstract
Operation of machining, including orthogonal metal cutting is process complex nonlinear and combination of mechanical and thermal processes that created complex conditions due to the strain, strain rate and temperature in the contact area tool – Chip. In the analysis of orthogonal cutting process using FE simulations, predictions are greatly influenced by two major factors; a) flow stress characteristics of work material at cutting regimes and b) friction characteristics mainly at the chip-tool interface. So far a lot of friction models have been proposed yet not been established which one of these models is more capable and efficient. In this thesis first reviews the normal and shear stress in Contact between Tool – Chip and methods to measure them and then presented models friction in contact surface tool – Chip based on shear and normal stresses. In this thesis two finite element software Abaqus / explicit and Msc.superfom for simulation Chip formation continus process has been used. And to provide a new formulation based on the pattern of pure Lagrange ALE, machining process simulation software Abaqus has this same method to other methods easier and has higher accuracy. The software Msc.superform is used adaptive mesh formulation for simulation. To simulate the amount of Chip angle, clearance angle, feed, depth of cut and tool edge radius assumed constant in each model of friction, coefficient of friction (μ) and friction factor (m) has been different. The value of variable shear force, force pressure, temperature, angle shear, thickness chip in any software was extracted. Due to different coefficients of friction and the friction factor predicted value of variables in different friction models were evaluated and the results of experimental work has been compared, and ultimately stick-slip model – the most compatibility with the results Experimental and is the best model. Also, and the effect of friction models on the simulation results of finite element simulation are observed.

Keywords: machining, orthogonal cutting, friction, finite element modeling, Abaqus,
Msc.Superform



 مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان