در این مقاله، با استفاده از مدل نیروی دینامیکی کارآمد، نیروهای فرزکاری با بار جانبی کم ارایه می شوند. شبیه سازی هندسی فرآیند فرزکاری با استفاده از تکنیک های مدل سازی صلب B-Rep صورت می گیرد. روش های دامنه فرکانسی و آنالیز المان محدود زمانی (TFEA) برای پیش بینی دالان های پایداری استفاده شده است. روش دامنه فرکانسی سریع ترین روشی است که به جز برای موارد فرزکاری با بار جانبی کم، دقیق نیز می باشد. روش TFEA یک حل تقریبی با تقسیم نمودن زمان درگیری و برش به تعداد محدودی المان زمانی ارایه می نماید. حل تقریبی با حل کامل برای ارتعاشات آزاد مطابقت داده می شود تا دیاگرام خطی مجزا به دست آید. شبیه سازی جامع حوزه زمان به منظور تایید دالان های پایداری به دست آمده از روش های حوزه فرکانسی و TFEA به کار می رود.

امروزه فرآیند فرزکاری به یکی از پرکاربردترین و متداول ترین شیوه های تولید تبدیل شده است. یکی از اهداف اصلی در فرآیند فرزکاری افزایش قابلیت تولید است. در فرزکاری سرعت بالا با بار جانبی کم، کسر زمان ماشینکاری به زمان تناوب اسپیندل عدد کوچکی است. در فرزکاری با بار جانبی کم دو نوع ناپایداری تشخیص داده شده که ارتعاشات خود برانگیخته کلاسیک یا انشعاب Hopf و دیگری انشعاب Flip ناشی از آثار ضربه ای هنگام ورود و خروج قطعه کار نامیده شده اند. یکی از نیازهای اساسی برای فرآیند فرزکاری سرعت بالا پیش بینی نواحی برش پایدار می باشد. در این تحقیق، هدف اصلی پیاده سازی روش تحلیل المان محدود زمانی اصلاح شده که بتواند اثرات تغییر زاویه مارپیچ را برای یک سیستم ارتعاشی دو درجه آزادی پیش بینی نموده و دالان های پایداری فرآیند فرزکاری را با دقت قابل قبول رسم نماید، می باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی گواه این مطلب است که با افزایش زاویه مارپیچ به مقدار 30o، ناپایداری مربوط به انشعاب Flip کلا از مرز ناپایداری حذف می شود. توسط آزمایش های فرزکاری نتایج حاصل از شبیه سازی بررسی شده و مورد تایید قرار گرفته است.

در طی عملیات فرزکاری، نیروهای برشی باعث ایجاد ارتعاشات در ابزار برشی، قطعه کار و تجهیزات نگهدارنده می شود و بنابراین سلامت سطح قطعه نهایی و کیفیت محصول را تحت تاثیر قرار می دهد. پیش بینی دقیق نیروهای برشی برای انتخاب بهینه فرز انگشتی و ماشینهای ابزار از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق مدل سازی و شبیه سازی نیروهای برشی در فرایند فرزکاری انگشتی انجام می شود. ابعاد براده در حال ماشینکاری با استفاده از نرم افزار شبیه سازی سه بعدی تخمین زده می شود. اثر عمق برش و نرخ پیشروی تعیین شده و قبل از هرگونه عملیات ماشینکاری، شرایط براده برداری پیش بینی می شود.

سطح جانبی ابزار به علت تماس مستقیم با سطح ماشین کاری شده می تواند اثرات نامطلوبی روی سلامت سطح قطعه کار در فرزکاری سرعت بالا داشته باشد. به همین منظور، در این پژوهش اثر پهنای سایش ابزار روی مشخصه های اصلی سلامت سطح شامل؛ زبری، بافت، میکروسختی و نیز مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی سطح در فرایند فرزکاری سرعت بالا بررسی شده است. آزمایش ها توسط 12 ابزار با سایش جانبی صفر، 0.2، 0.4 و 0.6 میلی متر با سه بار تکرار روی فولاد آلیاژی 4340 با سختی 425 ویکرز و در شرایط برشی ثابت انجام گرفت. نتایج نشان داد که تا سایش جانبی ابزار 0.4 میلی متر، زبری سطح و میکروسختی سیر صعودی یکنواختی را تجربه می کنند (افزایش زبری سطح تا 95% و میکروسختی سطح تا 6.3% نسبت به ابزار نو). اما استفاده از ابزاری با سایش جانبی 0.6 میلی متر، مقادیر زبری سطح و میکروسختی را به ترتیب تا 484% و 18.6% نسبت به ابزار نو افزایش می دهد. تصاویر بافت سطح نیز نشان داد که استفاده از ابزار با سایش جانبی 0.6 میلی متر، باعث جریان غیریکنواخت ماده روی سطح می شود. استفاده از ابزاری با سایش جانبی 0.4 میلی متر و کمتر از آن، تاثیر ناچیزی بر توزیع میکروسختی در عمق قطعه داشت. همچنین مقادیر طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی سطوح فرزکاری شده نشان داد که استفاده از ابزارهای 0.4 و 0.6 میلیمتر ساییده شده به ترتیب باعث افت مقادیر Rcorr به مقدار 22% و 83% نسبت به نمونه فرزکاری شده با ابزار نو می گردند. این امر نشان از مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی پایین سطح فرزکاری شده با ابزار 0.6 میلیمتر ساییده شده دارد.

در فرآیند فرزکاری قطعات با سطوح تندیس وار، انحناهای سطح به عنوان یکی از بارزترین ویژگی های هندسی آن می تواند بر نیروهای فرزکاری و در نتیجه بر دقت ابعادی قطعه نهایی تأثیرگذار باشد. در این مقاله با ارائه مدلی تحلیلی برای استخراج ناحیه درگیری ابزار فرز انگشتی سرکروی و سطح تندیس وار، به گونه ای که فرم صریح انحناهای سطح را در بر داشته باشد، به مطالعه اثر انحناها بر نیروهای فرزکاری پرداخته می شود. به این منظور، ابتدا نیروهای فرزکاری با استفاده از مدل مکانیستیک و با به کارگیری روش تبدیل از حالت متعامد به مایل برای محاسبه ضرایب برشی مدل سازی می شوند. سپس، با مقایسه نتایج حاصل از مدل با نتایج موجود در مراجع معتبر به صحه گذاری آن پرداخته می شود. در ادامه با انجام مطالعات پارامتریک، اثر انحناهای سطح و عمق درگیری بر نیروهای فرزکاری بررسی می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در عمق درگیری ثابت، انحناهای سطح در نواحی مقعر بیشترین تأثیر، در نواحی زینی شکل حالت میانی و در نواحی محدب کمترین تأثیر را بر نیروها دارند. همچنین، در مقادیر مشخص از انحناهای سطح، اثر انحناها بر نیروهای فرزکاری با کاهش عمق درگیری افزایش می یابد. به عبارت دیگر، با کاهش عمق درگیری، صرف نظرکردن از انحناهای سطح خطای نسبی بزرگتری را در نتایج وارد می کند. همچنین، نتایج به دست آمده نشان می دهند که انحنای سطح در صفحه عمود بر مسیر حرکت ابزار اثر بزرگتری بر نیروهای فرزکاری نسبت به انحنای سطح در امتداد مسیر دارد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

فرز انگشتی نوعی ابزار ماشینکاری است برای براده برداری سطوح قطعه بوده که به دلیل کاربرد گسترده در صنایعی چون قالب سازی مورد توجه قرار گرفته است. ازاین رو امروزه، نیاز صنعت به یافتن پارامترهای بهینه فرآیند احساس می شود تا بتوان به کیفیت سطح مورد نظر دست یافت. به طور کلی، انتخاب پارامترهای اثرگذار در هر فرآیند فرزکاری به طور قابل توجهی بر کیفیت سطح یک قطعه تمام شده تأثیر می گذارد. در این پژوهش با استفاده از روش آنالیز حساسیت آماری ای-فست به بررسی کمی میزان اثرگذاری همزمان پارامترهای ورودی شامل سرعت اسپیندل، عمق برش، و نرخ پیشروی بر روی پارامتر خروجی زبری سطح برای نمونه ها پرداخته شده است. آزمایش های ماشینکاری تحت پارامترهای مختلف برش همانطور که در شرایط پایدار برای ابزار فرز تعریف شده اند، انجام شده است. زبری سطح و میزان ارتعاش ماشین کاری با فرم های درجه دوم غیرخطی؛ به ترتیب بر اساس پارامترهای برش و برهمکنش های آن از طریق چندین روش تحلیل رگرسیون، مدل سازی شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که پارامتر زمان سرعت اسپیندل با 67 درصد تأثیر به عنوان تأثیرگذارترین پارامتر بر روی زبری سطح شناخته شده است. همچنین مشاهده شد که پارامتر نرخ پیشروی با 30 درصد تأثیر عمق برش با 3 درصد به عنوان دومین و سومین پارامترهای اثرگذار بر زبری سطح شناخته شده اند.

استفاده از سطوح پیچیده در صنایع گوناگون از جمله هوافضا و قالب سازی، رو به گسترش است. برای فرزکاری چنین سطوحی، توجه به فاکتورهایی از قبیل نوع استراتژی و پارامترهای ماشین کاری که همگی روی قابلیت ماشین کاری تاثیرگذار هستند، امری ضروری است. از اهداف این تحقیق، بررسی تاثیر استراتژی های مختلف و نیز پارامترهای مختلف ماشین کاری روی میکروسختی سطح نوعی سطح انحنادار (محدب) از جنس فولاد ضد زنگ1.4903  است. ابزار بکار رفته، فرز انگشتی سرکروی با روکش TiN و استراتژی های استفاده شده، چهار روش خطوط موازی، آفست سه بعدی، مارپیچ و شعاعی می باشند. طراحی و تحلیل آزمایش ها با استفاده از روش تاگوچی انجام گردید. پارامترهای ورودی شامل سرعت برشی، نرخ پیشروی و فاصله بین مسیرهای ابزار بودند. پس از انجام آزمایش ها، سختی لایه سطحی نمونه های فرزکاری شده اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که مسیرهای مختلف ابزار تاثیر متفاوتی روی میکروسختی سطح فرزکاری دارند. فارغ از شرایط برش، سختی بعد از فرآیند، در تمامی استراتژی ها از سختی اولیه قطعه کار بیشتر بود. استراتژی مارپیچ دارای بیشترین و استراتژی شعاعی دارای کمترین مقدار سختی بودند. علاوه بر این، افزایش نرخ پیشروی، سرعت برشی و فاصله بین مسیرهای ابزار، سختی را افزایش داد و فاصله بین مسیرهای ابزار کمترین اثر را روی سختی داشت. بیشترین مقدار سختی نیز در شرایط سرعت برشی 180 متربردقیقه، نرخ پیشروی 0.18 میلیمتربردندانه و فاصله بین مسیر ابزار 0.7 میلیمتر گزارش شد که افزایش 56% را نشان می داد .