بررسي تحليلي و عددي نيروهاي ماشين كاري فرآيند فرزكاري به كمك نوسان فراصوتي

Analytical and Numerical Investigation of Machining Forces of Ultrasonic Assisted Milling

امروزه با پيشرفت علم مواد و با توليد مواد با خواص ويژه از قبيل سوپر آلياﮊها، كامپوزيت ها و سراميك‌هاي مورد كاربرد در صنايع پيشرفته استفاده از روش هاي سنتي براده برداري براي توليد اين قطعات امكان پذير نمي‌باشد. لذا استفاده از روش‌هاي نوين مورد توجه قرار گرفته است. يكي از اين روش‌ها كه قابليت اضافه شدن به فرآيندهاي براده-برداري سنتي را دارد، استفاده از ارتعاشات فراصوتي در حين فرآيند ماشين كاري است .در اين مقاله روابط تحليلي محاسبه نيروهاي ماشين كاري مربوط به فرزكاري به كمك ارتعاشات فراصوتي بر اساس ضخامت براده تغيير شكل نيافته استخراج گرديده است. سپس شبيه‌سازي عددي فرآيند فرزكاري به كمك ارتعاشات فراصوتي با اعمال ارتعاشات به قطعه‌كار در جهت پيشروي توسط نرم افزار اجزاي محدود آباكوس انجام و نيروهاي ماشين كاري تعيين شده است. نتايج بدست آمده بصورت تحليلي و عددي نشان مي‌دهد كه استفاده از ارتعاشات فراصوتي باعث تغيير مسير حركت ابزار و تغيير ضخامت براده تغيير شكل نيافته و در نتيجه كاهش نيروهاي ماشين كاري در فرآيند فرزكاري مي‌گردد. همچنين بر اساس نتايج بدست آمده مشاهده گرديد كه تطابق خوبي بين نتايج تحليلي و شبيه‌سازي عددي بصورت سه بعدي در مقياس ماكرو وجود دارد.

Nowadays, with the advancement of materials science and the production of materials with special properties such as super alloys, composites and ceramics used in advanced industries, the use of traditional machining methods for the production of these parts is not possible. Therefore, the use of modern methods has been considered. One of these methods, which has the ability to add to traditional cutting processes, is the use of ultrasonic vibrations during the machining process. In this paper, analytical relations have been derived to calculate machining forces associated with ultrasonic vibration based on the undeformed chip thickness. Then numerical simulation of ultrasonic assisted milling process is performed by applying the vibrations to the workpiece in the feed direction by using the ABAQUS finite element software and the machining forces are determined. The results obtained by analytical and numerical data show that the use of ultrasonic vibrations can change the direction of movement of the tool and change the thickness of the undeformed chip and thus reduce the machining forces in the milling process. Also, based on the results, it was found that there is a good agreement between the results obtained from analytical analysis and 3D FEM modeling in macro scale.