بررسي تاثير بارهاي مكانيكي و حرارتي بر اعوجاج ايجاد شده توسّط فرآيند ماشين‌كاري قطعات جداره نازك به كمك روش المان محدود

Effect of mechanical and thermal loads on the distortion of machining thin-walled parts using the FEM model

يكپارچگي سطح قطعه‌ي ماشين‌كاري ساخته ‌شده از آلياژهاي آلومينيوم جداره نازك به‌عنوان يكي از فرايندهاي كليدي در صنايعي همچون هوافضا مورد توجه است. در ماشين‌كاري نهايي قطعه-كار، نيروهاي برش كاري و درجه حرارت در طول فرآيند باعث توليد انحراف و اعوجاج مي‌شوند. هدف از اين مقاله بررسي اثر رفتار حرارتي و مكانيكي ايجاد شده توسّط فرآيند ماشين‌كاري بر روي اعوجاج قطعه ساخته‌شده از آلياژ آلومينيوم (Al 7075-T0) با استفاده از ابزارهاي كاربيد سمانته و الماس چند بلوري است. اين مطالعه با استفاده از يك مدل سه‌بعدي المان محدود در نرم‌افزار آباكوس در شرايط برش متعامد انجام‌شده است. نتايج نشان‌دهنده تاثير مستقيم نيرو و درجه حرارت بر روي اعوجاج قطعات مورد آزمايش دارد، به‌خصوص نيروي ماشين‌كاري اثر بيشتري در اعوجاج قطعه كار جدار نازك در مقايسه با درجه حرارت دارد. همچنين در ابزار الماس چند بلوري نيروهاي ماشين‌كاري و درجه حرارت در منطقه برش به‌طور قابل‌ ملاحظه‌اي پايين‌تر از ابزار كاربيدي است و استفاده از اين ابزار در ماشين‌كاري آلياژهاي آلومينيوم به‌عنوان يك جايگزين مناسب پيشنهاد مي شود. براي صحت سنجي مدل شبيه‌سازي‌ شده، نتايج با اندازه‌گيري‌هاي تجربي موجود مورد مقايسه قرار گرفته است. اين مقايسه تطابق مناسبي بين نتايج شبيه‌سازي و نتايج تجربي نشان مي‌دهد.

Machining of thin-walled monolithic parts made of aluminum alloys is a key process in industries such as aerospace. In the final machining process, the cutting forces and machining temperature produce deflection for workpiece which results in the dimensional inaccuracies and distortion on the finished component. The purpose of this paper is to study the thermal and mechanical behavior in machining of aluminum alloys (Al 7075-T0) using PCD (polycrystalline diamond) and K10 (cemented carbide) tools to investigate the correlation between both parameter on distortion. The study was made using a three-dimensional finite element method model in Abaqus software under orthogonal cutting conditions. The results represented the direct effect of the force and temperature on level of distortion in thin-walled workpieces. However, the mechanical loads have more influence on work piece distortion in comparison to the thermal loads. It was concluded that the polycrystalline tool has a superior performance in terms of cutting forces and temperature when compared to the cemented carbide tool. To validate the FEM model, the results were compared with experiments of the other papers. Results showed a good agreement with experiments.