مدل‌سازی اجزاء محدود سه‌بعدی فرآیند فرزکاری با ارتعاشات اولتراسونیک آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V و تأثیر تغییرات فرکانس و دامنه ارتعاشات بر روی نیروی برشی

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

گروه آموزشی مکانیک، دانشکده مکانیک و مواد، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

با کاهش نیروی برشی در فرآیندهای ماشین‌کاری می‌توان به مزایایی مانند عمر ابزار و بهبود کیفیت سطح ماشین‌کاری شده دست یافت. در چند دهه اخیر، یکی از روش‌های مؤثر برای کاهش نیروی برشی، اعمال ارتعاشات اولتراسونیک به ابزار یا قطعه‌کار در فرآیند ماشینکاری است. در این مقاله، شبیه‌سازی سه بعدی فرآیند فرزکاری به کمک ارتعاشات اولتراسونیک بر روی آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V با در نظر گرفتن 5 فرکانس و 6 دامنه ارتعاشی با استفاده از نرم‌افزار آباکوس انجام شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد با افزایش فرکانس از 18 تا 20 کیلوهرتز ماکزیمم نیروی برشی تغییری نمی‌کند. در این مقاله حالت‌های مختلف فرآیند فرزکاری جهت دستیابی به کمینه نیروی برشی با توجه به پارامترهای فرکانس و دامنه ارتعاش مورد بررسی قرار گرفته است و با مقایسه نتایج مشاهده گردید کمینه نیروی برشی در بین حالت‌های مختلف شبیه‌سازی برای فرکانس 18کیلوهرتز و دامنه ارتعاش 25 میکرومتر حاصل می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Modeling of 3D FEM milling process with ultrasonic vibrations of Ti-6Al-4V titanium alloy and the effect of changes in frequency and amplitude of vibrations on shear force

نویسندگان [English]

  • Mohammad Khosravi
  • Moein Gholami
Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical and Materials, Birjand University of Technology, Birjand, Iran
چکیده [English]

By reducing the shear force in machining processes, benefits such as tool life and improved machined surface quality can be achieved. In recent decades, one of the most effective ways to reduce shear force is to apply ultrasonic vibrations to tools or workpieces in the machining process. In this paper, a 3D simulation of the milling process using ultrasonic vibrations on Ti-6Al-4V titanium alloy with 5 frequencies and 6 vibrational amplitudes has been performed using ABAQUS software. The simulation results show that the maximum shear force does not change with increasing frequency from 18 to 20 kHz. In this paper, different modes of milling process to achieve the minimum shear force according to the frequency and vibration amplitude parameters have been investigated and by comparing the results, it has been observed that the minimum shear force is obtained between different simulation modes for frequency 18 kHz and vibration amplitude 25 micron.

کلیدواژه‌ها [English]

  • FEM simulation
  • Ultrasonic milling process
  • Titanium alloy

مراجع

[1] Azarhoushang, Bahman, and Javad Akbari, "Ultrasonic-assisted drilling of Inconel 738-LC", International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2007, Vol.47, no.7-8, pp.1027-1033.
[2] Chern, Gwo-Lianq, and Yuan-Chin Chang, "Using two-dimensional vibration cutting for micro-milling", International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2006, Vol.46, no.6, pp.659-666.
[3] Tawakoli, Taghi, and Bahman Azarhoushang, "Influence of ultrasonic vibrations on dry grinding of soft steel", International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2008, Vol.48, no.14, pp.1585-1591.
[4] Razfar, M. R., P. Sarvi, and MM Abootorabi Zarchi, "Experimental investigation of the surface roughness in ultrasonic-assisted milling", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2011, Vol.225, no.9, pp.1615-1620.
[5] Brehl, DE and, and T. A. Dow, "Review of vibration-assisted machining", Precision engineering, 2008, Vol.32, no.3, pp.153-172.
[6] Zarchi, MM Abootorabi, M. R. Razfar, and A. Abdullah, "Influence of ultrasonic vibrations on side milling of AISI 420 stainless steel", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2013, Vol.66, no.1-4, pp.83-89.
[7] Abootorabi Zarchi, Mohammad M., Mohammad R. Razfar, and Amir Abdullah, "Investigation of the effect of cutting speed and vibration amplitude on cutting forces in ultrasonic-assisted milling", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2012, Vol.226, no.7, pp.1185-1191.
[8] Ko, Jeong Hoon, and Shao Wei Tan, "Chatter marks reduction in meso-scale milling through ultrasonic vibration assistance parallel to tooling’s axis", International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2013, Vol.14, no.1, pp.17-22.
[9] Ding, H., S. J. Chen, and K. Cheng, "Two-dimensional vibration-assisted micro end milling: cutting force modelling and machining process dynamics", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2010, Vol.224, no.12, pp.1775-1783.
[10] Nath, Chandra, and M. Rahman, "Effect of machining parameters in ultrasonic vibration cutting", International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2008, Vol.48, no.9, pp.965-974.
[11] Li, Kuan-Ming, and Shang-Lan Wang, "Effect of tool wear in ultrasonic vibration-assisted micro-milling", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2014, Vol.228, no.6, pp.847-855.
[12] Shen, Xue-Hui, Jian-Hua Zhang, Hua Li, Jin-Jun Wang, and Xiao-Chen Wang, "Ultrasonic vibration-assisted milling of aluminum alloy", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2012, Vol.63, no.1-4, pp.41-49.
 [13] Shen, Xue Hui, Jian Hua Zhang, Tian Jin Yin, and Chun Jie Dong, "A study on cutting force in micro end milling with ultrasonic vibration", In Advanced Materials Research, 2010, Vol.97, pp.1910-1914. Trans Tech Publications Ltd.
[14] Elhami, S., M. R. Razfar, and M. Farahnakian, "Analytical, numerical and experimental study of cutting force during thermally enhanced ultrasonic assisted milling of hardened AISI 4140", International Journal of Mechanical Sciences, 2015, Vol.103, pp.158-171.
[15] Maurotto, A., and C. T. Wickramarachchi, "Experimental investigations on effects of frequency in ultrasonically-assisted end-milling of AISI 316L: a feasibility study", Ultrasonics, 2016, Vol.65, pp.113-120.
[16] Wang, Xuemei, and Jun Shi, "Validation of Johnson-Cook plasticity and damage model using impact experiment", International Journal of Impact Engineering, 2013, Vol.60, pp.67-75.
[17] Zarchi, MM Abootorabi, M. R. Razfar, and A. Abdullah, "Influence of ultrasonic vibrations on side milling of AISI 420 stainless steel", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2013, Vol.66, no.1-4, pp.83-89.
[18] محمدمهدی ابوترابی زارچی؛ عباس قاسمی مبارکه، " شبیه‌سازی المان محدود فرایند فرزکاری به‌کمک ارتعاش اولتراسونیک"، مهندسی مکانیک، دوره 22، شماره 6، بهمن و اسفند 1392، صفحه 32-37.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار