ارزیابی مدلهای رفتاری و توسعه مدل آسیب در فرآیند براده برداری متعامد

در این تحقیق به بررسی رفتار ماده در تغییرشکلهای بسیار سریع که معمولاً در پروسه های براده برداری اتفاق می افتد پرداخته می شود. هدف تعیین خصوصیات مدل ماده ای است که به خوبی بتواند تغییرات سطح تسلیم و سیلان ماده را در براده برداری نشان دهد. بعلاوه مناسبترین مدل آسیب یا معیار گسیختگی که به عنوان شرط جدایی براده می تواند واقعیت جدایش براده را در شبیه سازی اجزاء محدود توصیف کند تعیین می شود. در ابتدا به کمک شبیه سازی براده برداری به وسیله المانهای متداول اجزاء محدود به بررسی عملکرد مدلهای مختلف ماده پرداخته می شود. نتایج تحقیقات نشان می دهد که مدل ماده جانسون-کوک نسبت به مدلهای ماده آکسلی و مائکاوا عملکرد بهتری را در پیش بینی نیروهای برشی و ضخامت براده ارائه می دهد. نتایج شبیه سازی با مدل منتخب جهت ارزیابی مدلهای آسیب و تعیین تاریخچه برای الگوریتم توسعه مدلهای تجمعی آسیب مورد استفاده قرار می گیرد. به منظور رفع موانع روشهای موجود کالیبره کردن(تعیین ثوابت مادی) نظیر عدم اعمال تأثیر متقابل مکانیزمهای برشی و کششی و توسعه روابط برای متغیرهای حالت بسیار کمتر از محدودههای متداول ماشینکاری ، الگوریتم جدیدی برای توسعه مدلهای تجمعی آسیب ارائه شده است. نکته کلیدی در این الگوریتم استفاده از شبیه سازی براده برداری جهت تعیین تاریخچه متغیرهای حالت تجربه شده است که منطبق بر واقعیت پروسه است. با این روش مجموعه ضرائبی برای مدل آسیب جانسون-کوک ارائه شده که عملکرد موفق آن به کمک نتایج آزمایش فشار مرحله ای به اثبات رسیده است. ارزیابی معیارهای گسیختگی دیگر به عنوان شرط جدایی براده، نشان می دهد که تعیین مقدار بحرانیی برای معیارهای گسیختگی حدی کرنشی و تنشی و معیار آسیب تجمعی کاکرافت- لاتم که قابل کاربرد در شرایط برش و هندسه های ابزار مختلف باشد امکان پذیر نیست. بعلاوه وجود ناحیه ای کوچک با مقدار ناچیز تنش کششی بکارگیری معیار کاکرافت- لاتم را که اصولاً معیاری برای تعیین گسیختگی در کشش است زیر سئوال می برد. در ضمن این معیار ترکی طویل را در نوک ابزار پیش بینی می کند که مشاهدات آزمایشگاهی آن را تأیید نمی کنند. فرم کرنش صفحه ای معیار آسیب تجمعی ویلکینز هم اثر مکانیزم گسیختگی برشی را در نظر نمی گیرد درحالیکه این مکانیزم مهمترین نقش را در جدایش براده ایفا می کند. به عنوان نتیجه ای دیگر از این تحقیق، نشان داده شده که یک مدل آسیب نمی تواند بیانگر گسیختگی در تمام عمق برش باشد. به منظور رفع این مشکل، اصلاحی در مدلهای لاگرانژی صورت گرفته تا گسیختگی به ناحیه اصلی جدایش براده مطابق مشاهدات آزمایشگاهی، محدود گردد. در ادامه عملکرد شبیه سازیهای متداول براده برداری با دو تفسیر شکل گیری براده در اثر فقط تغییرشکل پلاستیک ماده حول نوک ابزار (فرو برش ابزار) و جداشدن براده از سطح در اثر ایجاد گسیختگی در ماده در مجاورت نوک ابزار زمینه بحث خواهد بود. در تفسیر اول نیازی به مدلهای آسیب برای تعریف خواص ماده نبوده و نرم افزار مشکل اعوجاج شدید المانها در نوک ابزار را با روش عددی زمانبر شبکه بندی مجدد حل می کند. در نظر نگرفتن احتمال گسیختگی ماده در تفسیر اول باعث شده به ماده قابلیت تغییرشکل نامحدودی بخشیده شود که باعث ایجاد کرنش پلاستیک بسیار بزرگ و دمایی به صورت غیر واقعی بالا برای ناحیه مجاور نوک ابزار می شود. این مقادیر غیر واقعی نتیجه تغییرشکل شدید ماده در نوک ابزار است که برای شکل گیری براده بدون گسیختگی نیاز خواهد بود. به این ترتیب مقاومت قطعه به برش به میزان قابل ملاحظه ای از واقعیت فاصله خواهد گرفت. با اصلاح صورت گرفته در مدلهای لاگرانژی ، هر هشت آزمایش طرح "ارزیابی مدلهای ماشینکاری" (amm) با دقت مطلوب مدل شده اند. نتایج تحقیقات در جهت شناخت رفتار مکانیکی ماده در براده برداری نشان می دهد که هر چند همچون سایر پروسه های شکل دهی، کرنش سختی مهمترین نقش را در تغییر سطح تسلیم ماده ایفا می کند اما سهم اثر نرخ کرنش و دما هم قابل صرفنظرکردن نمی باشد و با حذف احتمال خنثی شدن اثر سخت شدن ناشی از نرخ کرنش با نرم شدن حرارتی، رابطه ریاضی مدل ماده باید علاوه بر اثر کرنش، تأثیر دما و نرخ کرنش را هم لحاظ کند که با توجه به سرعت بسیار بالای پروسه، این پدیده ها تأثیر متقابل نداشته و مدل ماده می تواند اثرات را به طور جداگانه لحاظ کند. در ضمن به کمک حضور مستقیم پارامتر دما در فرم ریاضی مدل ماده می توان تأثیر منابع حرارتی مستقل خارجی نظیر اصطکاک را هم، در رفتار ماده لحاظ کرد و حضور مستقیم پارامتر نرخ کرنش در فرم ریاضی مدل ماده هم تضمین کننده اعمال اثر مستقل سرعت انجام پروسه است. نتایج تحقیقات نشان می دهد در نظر گرفتن تاریخچه متغیرهای حالت تجربه شده در مورد رفتار مکانیکی فلزات b.c.c. چندان مهم نخواهد بود. بررسیها بکارگیری مدلهای ماده ای که با آزمایشهایی در محدوده هایی پائین تر کالیبره شده اند را در تحلیل ماشینکاری که همراه با برونیابی از فرم ریاضی آنهاست بلامانع می داند.