مطالعه اثر تنش‌هاي پسماند ايجاد شده توسّط فرآيند ماشين‌كاري بر روي اعوجاج قطعات جداره نازك به كمك روش المان محدود

Study of the effect of machining-induced residual stress on the distortion of thin-walled parts by FEM

اعوجاج و بي‌ثباتي ابعادي در فرآيند ماشين‌كاري نهايي قطعات جداره نازك ساخته‌شده از آلياژهاي آلومينيوم، منجر به افزايش هزينه‌هاي توليد مي‌شود كه همواره مورد توجه محققين صنايع هوافضا بوده است. به‌طوركلي، اعوجاج اين قطعات تابعي از تنش پسماند است. در اين مقاله، از يك مدل سه ‌بعدي المان محدود در نرم‌افزار آباكوس براي بررسي تاثير تنش پسماند بر اعوجاج به وجود آمده در تراش‌كاري متعامد يك سيلندر ديواره نازك از جنس AL7075-T6 استفاده‌ شده است. براي اطمينان از صحت و تطابق مناسب مدل شبيه‌سازي، نتايج حاصل با نتايج تجربيِ موجود مقايسه خواهد شد. بدين منظور با شبيه‌سازي آزمايش‌هاي گوناگون با استفاده از دو ابزار كاربيد و الماس چند بلوري با شرايط ماشين‌كاري متفاوت بر روي آلياژ موردنظر، درجه حرارت منطقه برش، اعوجاج و نيروهاي ماشين‌كاري محاسبه مي‌شود. سپس ارتباط بين تنش پسماند و اعوجاج با اندازه‌گيري تنش در برخي از قطعه كارها مورد مطالعه قرارگرفته مي گيرد. نتايج نشان‌دهنده تاثير مستقيم تنش بر روي اعوجاج قطعات مورد آزمايش دارد. برخلاف آزمايش‌ها تجربي، آزمايش‌ها اجزاي محدود محدوديتي براي به دست آوردن مقدار تنش‌هاي پسماند در تمام جهات و كانتورهاي مرتبط را ندارد. يافته‌هاي تحليل علاوه بر رفع محدوديت‌هاي موجود، به دليل انجام نشدن آزمايش‌ها در داخل كشور، موجب صرفه‌جويي ارزي 600 يورويي براي هر آزمون مي‌شود.

The main problems in the machining of thin walled parts made of aluminum alloys are the distortion and dimensional instability after machining which lead to an increase in the production costs. In general, distortion in machined parts made of aluminum alloy is a function of the residual stresses. In this study, a three-dimensional FEM model in Abaqus under orthogonal cutting conditions is used for investigating the correlation between machining induced residual stresses and the distortion in thin-walled cylinder made of AL7075-T6 alloy. To compare and validate the FEM model with experimental results of other papers, several simulation are carried out under different conditions using K10 and PCD tools. Machining force, temperature and distortion were measured. Correlation between residual stress and distortion was studied by measurement on some workpieces. The results represented the direct effect of stresses on level of distortion. Unlike experimental, there is no limitation in FEM model to compute amount of residual stresses in all directions. Results showed a good agreement with experiment. This indicates that the FEM model can be used to simulate machining process to predict its distortion with no limitation with saving of 600 euros for each test considering the equipments limitation in Iran.