کاربرد روش المان محدود در طراحی ابزار کاتد و ساخت دستگاه ماشینکاری الکتروشیمیایی مغناطیسی

ماشینکاری الکتروشیمیایی یکی از روش های پیشرفته ماشینکاری است که برداشت ماده در آن بر اساس اصول حاکم بر هدایت یون ها در سلول های الکترولیز می باشد. از مزایای مهم این روش نسبت به سایر روش های سنتی، توانایی ماشینکاری فلزات بسیار سخت و ترد با اشکال پیچیده و با سرعت بالای برداشت ماده می باشد، به گونه ای که بدلیل غیر مکانیکی بودن فرایند، قطعه ماشینکاری شده عاری از هر گونه تنش پسماند خواهد بود. بدلیل مزایای مهم این روش ماشینکاری نسبت به سایر روش های سنتی، این روش برای تولید بسیاری از قطعات حساس، استراتژیک و پیچیده که از آلیاژهای فلزی سخت، ترد و شکننده مانند سوپرآلیاژهای پایه نیکل، تیتانیوم یا مولیبدن ساخته می شوند و نیازمند کمترین عیوب در ساختار آنها می باشند کاربرد دارد. یکی از مهمترین مشکلات این روش ماشینکاری غیرسنتی، طراحی دقیق شکل ابزار جهت تولید پروفیل خاصی بر روی قطعه کار می باشد. در این پژوهش، در ابتدا اصول حاکم بر ماشینکاری الکتروشیمیایی به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفته است و سپس بر اساس معادلات حاکم بر محیط های آن، روشی جهت شبیه سازی فرایند ماشینکاری الکتروشیمیایی در حضور میدان های الکتریکی، مغناطیسی، حرارتی و سیالاتی و چگونگی حل معادلات حاکم با استفاده از روش المان محدود ارائه شده است. این روش حل، توانایی طراحی ابزار کاتد را برای ماشینکاری سطوح سه بعدی آزاد و بدون نیاز به تکرار پروسه، امکان پذیر می سازد. در ادامه نمونه ای تحقیقاتی از دستگاه ماشینکاری الکتروشیمیایی ساخته شده و صحت عملکرد فرایند بر روی آن تست شده است. این دستگاه در نوع خود اولین دستگاه ماشینکاری الکتروشیمیایی بوده که کاملاً بر اساس توان و تجهیزات داخلی ساخته شده است. نتایج حاصل از آزمایشات نشان می دهد که چگونه روش های متفاوت اعمال میدان الکتریکی، مغناطیسی، حرارتی و سیالاتی، بر خطوط هم پتانسیل میدان الکتریکی الکترودها تأثیر می گذارند. بنابراین می توان با استفاده از شبیه سازی فرایند و هدایت یون ها در جهت مناسب، تمایل به همگرا شدن پروفیل سطوح الکترودها را بدون صرف هزینه افزایش داد.