چکیده  

عملیات ماشین کاری از جمله برش متعامد فلز، فرآیندی غیر خطـی پیچیـده و ترکیبـی از فرآینـد هـایمکانیکی و حرارتی است که به دلیل وجود کرنش، نرخ کرنش و درجه حـرارت بـالا در ناحیـه تمـاس ابـزار- براده شرایط پیچیده ای را بوجود آورده است. در تحلیل فرآیند تراشکاری متعامد با استفاده از شـبیه سـازی المان محدود، پیش بینی ها به طور قابل توجهی تحت تأثیر دو فاکتور اساسی مشخصات تنش جریان قطعـهکار درنواحی تراشکاری  و مشخصات اصطکاک در سطح تماس ابزار- براده است.کـه در ایـن بـین اصـطکاک بین ابزار- براده نقش مؤثرتری در مکانیسم شکل گیری بـراده دارد . تـاکنون مدل هـای اصـطکاکی زیـادیپ یشنهاد شده است که تا کنون ثابت نشده که کدام یکی از این مدلها قابلیت و کارآیی بیشتری دارد .

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

در این پایان نامه از دو نرم افزار المان محـدود Abaqus/explicit  و Msc.superfom بـرای شـبیه سـازی فرآیند شکل گیری براده پیوسته استفاده شده است. و با ارائه یک فرمولاسیون جدید بر اساس لاگرانژ خالص با شمای ALE، فرآیند ماشینکاری در نرم افزار Abaqus   شبیه سازی شده است، این روش نسبت بـه سـایر روشهای مشابه ازدقت بالاتری برخورداراست. همچنین در نرم افزار Msc.Superform  از فرمولاسیون مش بندی تطبیقی برای شبیه سازی استفاده شده است.

برای شبیه سازیها مقدار زاویه براده، زاویه آزاد، مقدار پیشروی، عمق برش، شـعاع لبـه ابـزار ثابـت فـرضشده و در هر مدل اصطکاکی ،مقادیر ضرایب اصطکاک و فاکتور اصطکاک مختلف در نظر گرفتـه شـدهاست. سپس مقدار متغیرهای نیروی برشی، نیروی فشاری، درجه حرارت، زاویه صفحه برشی، ضخامت بـراده توسط نرم افزار استخراج شد. با توجه به  ضرایب اصطکاک و فـاکتور اصـطکاک مختلـف مقـدار متغیرهـایپیش بینی شده در مدل های 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 سـازگاری را بـا نتـایجتجربی دارد به عنوان بهترین مدل اصطکاکی انتخاب شده است. همچنین با توجه به نتایج شـبیه سـازی هـاتأثیر مدل های اصطکاکی بر روی شبیه سازی المان محدود مشاهده می شود.

کلمــات کلیــدی: ماشینکاری- تراشکاری متعامد – اصطکاک – 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 فرآیندهای ساخت و تولیـد ماشـین کـاری مـی باشـد. در زمینـه توسـعه و رشـدتئوریهای مربوط به ماشینکاری مواد تلاشهای بسیاری انجام شده است، به طوری که در حـال حاضـرباانبوهی از اطلاعات در زمینه های مختلف ماشین کاری مواد روبرو هسـتیم . عملیـات ماشـین کـاری ازجمله برش متعامد فلز، فرآیندی غیر خطـی و پیچیـده و ترکیبـی از فرآینـدهای مکـانیکی و حرارتـیاست. پیچیدگی ها ناشی از کرنش و نرخ کرنش بالا در ناحیه اول برش و تماس و اصطکاک 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 شـبیهسازی عددی یک نقطه ناپیوستگی در این زمینه بوجود آورده است و مطالعه متغیرهـای بسـیاری کـهوابسته به فرآیند ماشین کاری هستند را امکان پذیر کـرده اسـت. بسـیاری از محققـان و دانشـمندانعلاقمند به بسط و گسترش مدل های عددی برای شبیه سازی فرآیندهای تراشـکاری فلـزات هسـتند.

در این میان روش المان محدود براساس مدل های شبیه سـازی د ر پـیش بینـی شـکل گیـری بـراده،محاسبه توزیع کرنش، نرخ کرنش، درجه حرارت، تنش های روی لبه ابـزار ، در بـراده و بـر روی سـطحقطعه کار ماشین کاری شده خیلی لازم و ضروری است. اعتبار نتایج بدست آمده از شبیه سازی المـانمحدود بستگی به دقت مقادیر ورودی دارد و از این بین اصطکاک در طـول سـطح بـراده- ابـزار بـرایپیش بینی متغیرهای تراشکاری مانند نیروی تراشکاری، اطلاعات براده و توزیـع درجـه حـرارت بسـیارمهم و حیاتی است .

1-2.مروری برکارهای انجام شده  …………………………………………………………………………………………………………  2

نرخ کرنش

نرخ کرنش

فصل2   تریبیولوژی بین سطح مشترک ابزار و براده…………………12

2-1.معرفی  ……………………………………………………………………………………………………………….  13
‫در اﯾﻦ ﻓﺼﻞ ﺷﺮاﯾﻂ ﺗﺮﯾﺒﯿﻮﻟﻮژی1 در ﺳﻄﺢ ﺗﻤﺎس اﺑﺰار- ﺑﺮاده را ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار ﻣـﯽ دﻫـﯿﻢ. ﻓﻬـﻢ ‫اﯾﻦ ﺷﺮاﯾﻂ و اﺳﺘﻔﺎده درﺳﺖ از آن در ﻃﺮاﺣﯽ ﻓﺮآﯾﻨﺪ ﺗﺮاﺷـﮑﺎری، ﺑﺎﻋـﺚ اﻓـﺰاﯾﺶ راﻧـﺪﻣﺎن در ﺳﯿﺴـﺘﻢ ‫ﺗﺮاﺷﮑﺎری و ﮐﺎﻫﺶ ﺳﺎﯾﺶ اﺑﺰار ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ. اﯾـﻦ ﺷـﺮاﯾﻂ ﺷـﺎﻣﻞ ﺗﻮزﯾـﻊ ﺗـﻨﺶ ﻫـﺎی ﺗﻤﺎﺳـﯽ، ﻣﺎﻫﯿـﺖ ﻓﺮآﯾﻨﺪﻫﺎی ﺗﻤﺎﺳﯽ، ارﺗﺒﺎط ﺑﯿﻦ ﻣﺸﺨﺼﺎت ﻓﺮآﯾﻨﺪﻫﺎی ﺗﻤﺎﺳـﯽ ﺑـﺎ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫـﺎی ﺧﺮوﺟـﯽ و ورودی ﻣﻬـﻢ اﺳﺖ و ﺗﻮﺟﻪ ﺧﺎص ﭘﺮداﺧﺘﻦ ﺑﻪ ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت اﺑﺰار و ﻗﻄﻌﻪ ﮐﺎر اﺳﺖ. ﻫﻨﮕﺎﻣﯽ ﮐﻪ ﻣﺎده ای ﻣﺎﺷـﯿﻦ ﮐـﺎری ‫ﻣﯽ ﺷﻮد ﻧﯿﺮوی ﺗﺮاﺷﮑﺎری 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.تنشهای 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 ‫ﺑﺴﯿﺎری از ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی ﻓﺮآﯾﻨﺪ ﺗﺮاﺷﮑﺎری ﺣﺴﺎس اﺳﺖ. اﯾﻦ ﺗﻨﺶ اﺳﺎﺳﺎً ﺑﻪ ﺳـﺮﻋﺖ ﺑﺮﺷـﯽ، ﭘﯿﺸـﺮوی و ‫زاوﯾﻪ ﺑﺮاده ﺑﺴﺘﮕﯽ دارد. ‫ﺑﺎ اﻧﺠﺎم ﺗﺴﺘﻬﺎی ﻓﺮاوان ﺗﻮﺳﻂ زروف  وﭘﻮﻟﯿﺘﯿﮑﺎ  ﺛﺎﺑﺖ ﺷﺪه اﺳﺖ ﮐﻪ ﺗﻨﺶ ﻧﺮﻣﺎل ﻣﺘﻮﺳـﻂ ‫در ﺳﻄﺢ ﺗﻤﺎس اﺑﺰار- ﺑﺮاده ﺑﺮای رﻧﺞ وﺳﯿﻌﯽ از ﻗﻄﻌﻪ ﮐﺎرﻫﺎی ﻓﻠﺰی ﺑﺎ ﺳﺮﻋﺖ ﺑﺮﺷﯽ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽ ﯾﺎﺑﺪ. ‫ﺷﮑﻞ(2-4) ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺗﺴﺖ ﺑﺮای ﻓﻠﺰات ﻣﺨﺘﻠﻒ را ﻧﺸﺎن ﻣﯽ دﻫﺪ. درﺣـﺎل ﮐـﻪ دﯾـﺪه ﻣـﯽ ﺷـﻮد ﺑـﺮای ‫ﻓﻮﻻدﻫﺎی ﺑﺎ ﮐﺮﺑﻦ ﺑﺎﻻ و ﺳﺨﺘﯽ و ﺣﺴﺎﺳﯿﺖ ﺑﻪ ﻧﺮخ ﮐﺮﻧﺶ ﺑﺎﻻ اﯾﻦ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﺑﯿﺸﺘﺮ ﻣﻌﻠﻮم و ﻣﺸـﺨﺺ اﺳـﺖ. ﺷﮑﻞ(2-5) ﻧﺘﺎﯾﺞ را ﺑﺮای ﺑﺮﻟﯿﻮم ﻣﺲ ﺑﺎ ﺳﺨﺘﯽ ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ اراﺋﻪ داده اﺳﺖ در ﺣـﺎﻟﯽ ﮐـﻪ دﯾـﺪه ﻣـﯽ ‫ﺷﻮد ﺗﻨﺶ ﻋﻤﻮدی 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 ﮐﺎری 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. متدولوژی  …………………………………………………………………………………………………………………  19

2-4.توزیع تنش های 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: اصطکاک…………………………………………………….  31

3-1.اصطکاک………………………………………………………………………………………………………………………………  32

‫اﺻﻄﮑﺎک درواﻗﻊ ﻧﯿﺮوی ﻣﻘﺎوﻣﯽ اﺳﺖ ﮐﻪ وﻗﺘﯽ دوﺳﻄﺢ روی ﻫﻢ ﻣﯽ ﻟﻐﺰﻧﺪ ﺑﻮﺟﻮد ﻣﯽ آﯾﺪ و ﺟﻬﺘـﯽ ‫ﺑﺮﺧﻼف ﺟﻬﺖ ﺑﺮدار ﺳﺮﻋﺖ ﺑﺮای دو ﺳﻄﺢ راداراﺳﺖ. ﺣﻮزه اﺻﻄﮑﺎک ﺑﻪ دو ﺳﻄﺢ ﺗﻘﺴﯿﻢ ﻣﯽ ﺷﻮد:

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

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

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

3-2- 2. منشأ اصطکاک  ……………………………………………………………………………………………………………….  35

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

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

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

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

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

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

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

3-4- 2. مدل های اصطکاک  ………………………………………………………………………………………………………….  46

فصل4:تکنولوژی شبیه سازی شکل گیری براده…………………….52

4-1.جنبه های عددی  ……………………………………………………………………………………………………………………….  53

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

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

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

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

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

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

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

4-3.تکنولوژی شبیه سازی شکل گیری براده  ………………………………………………………………………………………..  61

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

4-4.شبیه سازی شکل گیری براده پیوسته  …………………………………………………………………………………  62

4-4- 1. محدو دیت های مدل ها ی شکل گیری براده موجود………………………………………………………………  62

4-4- 2. مزایای مدل جدید  شکل گیری  براده  ………………………………………………………………………………  64

4-5.تکنیک  های مش بندی تطبیقی در Abaquse/explicit  …………………………………ا………………………..  65

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

4-5- 2. مدل  های اویلر – لاگرانژ قراردادی ALE  ……………………………………………….ا…………………………..  67

4-6.مدل های اصطکاک موجود در Abaquse/explicit  ………………………….ا……………………………………………  72

4-6-1. مدل اصطکاک 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 اﺻـﻄﮑﺎک 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 ﮐﺎری اﺳﺖ. ‪ Kﺑﺮاﺑﺮ ﺑﺎ ﻣﺪول ﯾﺎﻧﮓ اﺳﺖ و ‪ﻣﻌﺎدل ﺗﻨﺶ ﺗﺴـﻠﯿﻢ ‫اﺳﺖ. اﺻﻄﮑﺎک ﭼﺴﺒﻨﺪﮔﯽ ﻣﻌـﺎدل ﻧﺎﺣﯿـﻪ اﻻﺳـﺘﯿﮏ و اﺻـﻄﮑﺎک ﻟﻐﺰﻧـﺪﮔﯽ ﻣﻌـﺎدل ﻧﺎﺣﯿـﻪ ﭘﻼﺳـﺘﯿﮏ ‫اﺳﺖ.

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

4-8.مدل کردن اصطکاک 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 آوری اﻃﻼﻋـﺎت از ﻧـﺮم اﻓﺰارﻫـﺎی اﻟﻤـﺎن ‫ﻣﺤﺪود اراﺋﻪ ﻣﯽ ﮐﻨﯿﻢ.‫در ﻫﻤﻪ ﺷﺒﯿﻪ ﺳﺎزی ﻫﺎ ﺑﻌﺪ از رﺳﯿﺪن ﺑﻪ ﺣﺎﻟﺖ ﭘﺎﯾﺪار اﻃﻼﻋﺎت ﺟﻤﻊ آوری ﺷـﺪه اﺳـﺖ. ﺷـﮑﻞ ‫ﻧﻤﻮدار ﻧﯿﺮوی 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 آوری ﺷﺪه اﺳﺖ.
6- 2.نتایج حاصل ازشبیه سازی درنرمافزارMsc.Superform  ………………..ا………………………………………  90

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

‫ﯾﮏ ﺗﺎﺑﻊ ﻫﻤﻮار ﺳﺎزی ﻏﯿﺮ ﺧﻄﯽ آرک ﺗﺎﻧﮋاﻧﺘﯽ ﺑﺮ اﺳﺎس ﺳﺮﻋﺖ ﻟﻐﺰﺷﯽ ﺑﯿﻦ ﺑﺪﻧﻪ ﻫﺎی 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 ﻫـﺎی ﮔﺮﻫـﯽ از ‫ﻃﺮﯾﻖ ﺑﺮون ﯾﺎﺑﯽ ﺗﻨﺸﻬﺎی ﻧﻘﺎط اﻧﺘﮕﺮاﻟﮕﯿﺮی اﻟﻤﺎن ﺗﺎ ﮔﺮه ﻫﺎ ﺑﺪﺳﺖ ﻣﯽ آﯾﺪ.

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

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

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

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

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

6- 2-7. مقایسه نیروهای فشاری…………………………………………………………………………………….  101

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

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

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

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

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

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

6- 4-4. مقایسه نیروهای فشاری…………………………………………………………………………………….  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 گیری………………………………………………113

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

7-2.نتیجه گیری  ……………………………………………………………………………………………………..  115

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

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

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

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

  فهرست جداول

فصل1……………………………………………………………………………………….. 1
تاریخچه…………………………………………………………………………………….. 1
تریبیولوژی بین سطح مشترک ابزار و براده………………………………………………12
فصل3……………………………………………………………………………………….. 31
اصطکاک……………………………………………………………………………………. 31
تکنولوژی شبیه سازی شکل گیری براده………………………………………………..52

جدول4- 1. ثابت ها برای مدل ترکیبی جانسون – کوک…………………………………58

جدول4-2. ثابت های مدل ZA برای مواد مختلف………………………………………59

جدول4-3. مدل های تنش جریان برای 1045 AISI……………..ا…………………….59

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

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

جدول5-2. خصوصیات ماده برای ابزار کاربیدی………………………………………..85

جدول5-3. اطلاعات ابزار و شرایط تراشکاری برای آزمایشات و محاسبات………….86

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

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

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

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

جدول6- 4. نیروهای فشاری 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. نیروی برشی پیش بینی شده در ABAQUS…………….ا…………………109

جدول6- 10. نیروی فشاری پیش بینی شده در ABAQUS………………..ا…………….. 110
جدول6- 11. درجه حرارت پیش بینی شده در ABAQUS……………………ا……….. 111
بحث و نتیجه گیری…………………………………………………………………….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 بندی مجدد………………………………………………………………………..7

تریبیولوژی بین سطح مشترک ابزار و براده …………………………..12

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

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

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

شکل2-4. تأثیر سرعت برشی بر روی تنش متوسط نرمال برای فلزات مختلف ………………………………………………….17

شکل2-5. تأثیر سرعت برشی بر تنش نرمال متوسط CΣ برای برلیوم مس UNSC17000 با سختیهای 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 برای مواد مختلف ………………………………………………………19

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

شکل2-9. ارتباط بین طول تماس و سرعت برشی برای فولاد های مختلف ………………………………………………………….. 21

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

شکل2- 11. تأثیر طول تماس برروی 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 گیری 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 بخشهای الاستیک و پلاستیک است………………………………………………29

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

اصطکاک ……………………………………………31

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

شکل3-2. ترسیم مس سخت کاری شده (84 ویکرز) با شیارهای025/ 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. نمای ناهمواریهای 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 برای اندازه گیری اصطکاک با جریان پلاستیک در سطح زیری……………………………………………………..42

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

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

شکل3-9. نسبت ناحیه واقعی تماس برروی ناحیه ظاهری تماس درمقابل بار نرمال در ماشین کاری فلزات…………………………….47

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

تکنولوژی شبیه سازی شکل گیری براده…………………………………….52

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

شکل4-2. ترک شکل داده شده، پیش روی لبه ابزاردر شبیه سازی……………………………………………………………………….63

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

شکل4-4. نواحی مرزی در مدل شکل گیری براده…………………………………………………………………………………………….65

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

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

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

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

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

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

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

شکل4-12. شبیه سازی شکل گیری براده با ابزار لبه گرد………………………………………………………………………………….72

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

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

شکل4-15. ارتباط لغزش الاستیک در مقابل کشش برشی برای اصطکاک 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 برداری برای اصطکاک کولومب……………………………………………………………….77

شکل4-19. توزیع کانتورکرنش پلاستیک در حین براده برداری برای اصطکاک کولومب………………………………………………….77

شکل4- 20.

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

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

شکل4-22. جریان برنامه برای 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 برای 1045 AISI…………………….ا……………………………………….85

نتایج…………………………………………………………………………87

شکل6- 1. نمونه ای از نمودار نیروی 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 اصطکاک بر ضخامت براده در مدل کولومب…………………………………………………………….94

شکل6- 5. تأثیر فاکتور اصطکاک M بر روی ضخامت براده در مدل برشی……………………………………………………….95

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

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

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

شکل6- 9. تأثیر فاکتور اصطکاک بر روی زاویه صفحه برشی برای مدل اصطکاک برشی………………………………………..98

شکل6- 10. تأثیر ضریب اصطکاک بر روی زاویه صفحه برشی برای مدل اصطکاک چسبنده لغزنده………………………….98

شکل6- 11. تأثیر ضریب اصطکاک بر روی نیروی برشی در مدل کولومب……………………………………………………… 100

شکل6- 12. تأثیر فاکتور اصطکاک بر نیروی برشی در مدل اصطکاک برشی…………………………………………………. 100

شکل6- 13. تأثیر ضریب اصطکاک برروی نیروی برشی در مدل اصطکاک چسبنده – لغرنده……………………………… 101

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

شکل6- 15. تأثیر ضریب اصطکاک بر روی نیروی فشاری در مدل اصطکاکی کولومب…………………………………………103

شکل6- 16. تأثیر فاکتوربرشی بر روی نیروی فشاری در مدل اصطکاکی برشی………………………………………….103

شکل6- 17. تأثیر ضریب اصطکاک بر نیروی فشاری در مدل اصطکاکی چسبنده – لغزنده…………………………………….104

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

شکل6- 19. تأثیر ضریب اصطکاک بر روی ضخامت براده در مدل های مختلف اصطکاکی در ABAQUS………ا………………….107

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

شکل6- 21. تأثیر ضریب اصطکاک بر روی نیروی برشی در مدل های مختلف اصطکاکی در ABAQUS……………..ا…………..109

شکل6- 22. تأثیر ضریب اصطکاک بر روی نیروی فشاری در مدل های مختلف اصطکاکی درABAQUS………………..ا……… 110

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

شکل6- 24. تأثیر ضریب اصطکاک بر روی درجه حرارت در مدلهای مختلف اصطکاکی در ABAQUS……………….ا…………112
بحث و نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………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

250,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید

خرید فایل word

قیمت35000تومان

350,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید