طراحی هندسه ابزار خانکشی به روش المان محدود

انجام مطالعات تجربی در زمینه ی عملیات خانکشی امری بسیار هزینه بر، وقت گیر و دارای محدودیت می باشد، از این رو امروزه محققین از روش های کامپیوتری اجزا محدود به عنوان ابزاری کارآمد جهت انجام مطالعات خود بهره می برند. یکی از مباحث مورد علاقه پژوهشگران، در شبیه سازی اجزا محدود خانکشی، میزان تنش پسماند پس از فرآیند می باشد که بر عمر خستگی قطعه کار اثر قابل توجهی دارد. نوع و مقدار تنش پسماند به وسیله بارهای حرارتی و مکانیکی منتقل شده به قطعه کار حین فرآیند مشخص می گردد. در فرآیند خانکشی دندانه های انتهایی ابزار (دندانه های پرداخت کاری) بیشترین اثر را بر تنش پسماند دارند، که می توان با انتخاب شرایط برشی مناسب این مقدار را کنترل نمود. در تحقیق حاضر، شبیه سازی دو بعدی فرآیند خانکشی به وسیله نرم افزار المان محدود deform-2d-v10.0 برای دو دندانه انتهایی ابزار انجام شده است. به منظور استفاده از شرایط برشکاری متفاوت مانند سرعت برشی، زاویه براده، زاویه آزاد، افزایش ارتفاع برای دندانه و عمق برش اولیه، در شبیه سازی دندانه ماقبل آخر، از روش طراحی آزمایش تاگوچی استفاده شده است. ماده مورد استفاده در این تحقیق از جنس ti-6al-4v می باشد که در ساخت پره های توربین کاربرد فراوانی دارد. برای قطعاتی که در ساخت پره های توربین کاربرد دارند به دلیل قرار گرفتن تحت شرایط کاری سخت و نیاز به عمر سرویس دهی طولانی، تنش پسماند مطلوب از نوع فشاری یا حداقل مقدار تنش کششی می باشد. پس از شبیه سازی خانکشی در دندانه اول، جهت ایجاد کمترین بار حرارتی و بیشترین بار مکانیکی در قطعه کار، بهینه سازی توسط الگوریتم ژنتیک با استفاده از تابع دو هدفه، انجام گردیده، شرایط برشی و هندسه ابزار بهینه برای دندانه اول انتخاب شده است. پس از انجام بهینه سازی برای دندانه اول با توجه به تاثیر دندانه دوم بر مقدار تنش پسماند نهایی، شبیه سازی فرآیند برش در این دندانه نیز، در شرایط مختلف برشی (زاویه براده، زاویه آزاد و شعاع نوک دندانه) به دست آمده از روش طراحی آزمایش تاگوچی انجام شده است. بهینه سازی دو هدفه برای این دندانه نیز به روش الگوریتم ژنتیک انجام شده است. در نهایت ابزار خانکشی که بتواند تنش پسماند مطلوب را در آلیاژ مربوطه ذخیره نماید، طراحی شده است.