مدل سازی و بررسی تجربی نیروی اصطکاک در فرآیندهای شکل دهی توأم با ارتعاشات آلتراسونیک

زمانی که دو جسم روی سطح مشترکی لغزش می کنند، بین آن ها اصطکاک به وجود می آید. اگر به سطوح در حال تماس به صورت میکرو نگریسته شود، دیده می شود که سطوح دارای زبری هستند و در واقع این زبری ها هستند که با یکدیگر درگیر شده و اصطکاک را به وجود می آورند. با اعمال نوسانات آلتراسونیک به یکی از این دو جسم، نیروی اصطکاک بین دو جسم کاهش می یابد که این خاصیت در فرآیندهای شکل دهی و ماشین کاری کاربرد بسیار زیادی دارد و در سال های اخیر توجه ویژه ای به استفاده از این نوسانات شده است. بنابراین این نوسانات را می توان به عنوان یک روانکار با بازدهی بالاتر و آلودگی کمتر به جای روانکارهای شیمیایی استفاده کرد. در این پژوهش یک مدل الاستیک-پلاستیک از زبری سطوح درگیر ارائه شد که قادر است نیروی اصطکاک بین دو جسم در حضور نوسانات آلتراسونیک را پیش بینی کند. در این مدل زبری به صورت یک تیر یکسرگیردار در نظر گرفته شد و پارامترهای تماسی به ابعاد تیر وابسته شدند و معادلات مربوط به مساحت سطح تماسی و نیروی عمودی و افقی بین زبری ها به صورت عددی حل گردیدند. برتری این مدل نسبت به سایر مدل های موجود پیش بینی نیروی اصطکاک به صورت کاملاً تئوری و بدون استفاده از نتایج تجربی می باشد. برای اعتبارسنجی مدل ارائه شده نیاز به نتایج تجربی قابل اعتماد بود که بر این اساس یک سیستم آزمون طراحی و ساخته شد. این سیستم آزمون دارای اجزای زیادی می باشد که مهمترین آن ها ژنراتور، ترانسدیوسروهورن است. برای طراحی هورن استفاده شده در این تحقیق، از نرم افزار آباکوس استفاده شد. سپس آزمایشات برای صحت سنجی مدل ارائه شده در دو حالت طولی و عرضی و برای دو جنس آلومینیوم و فولاد و برای زبری سطح و سرعت های مختلف انجام گرفت. مقایسه نتایج تجربی با نتایج مدل ارائه شده در سه حالت طولی، عرضی و دوجهته صورت گرفت. آزمایشات نشان می دهد، مقدار کاهش نیروی اصطکاک در اثر اضافه شدن نوسانات آلتراسونیک در جهت طولی 100 درصد، در جهت عمودی 32 درصد و در حالت دوجهته 50 درصد می باشد. ماکزیمم خطای مدل ارائه شده در حالت طولی 22 درصد، در حالت عمودی 14 درصد و در حالت دو جهته 10 درصد می باشدکه نشان از دقت بالای مدل ارائه شده می باشد. همچنین مدل ارائه شده با مدل کولمب و مدل دانگ نیز مقایسه شد که نتایج، دقت بهتر در پیش بینی نیروی اصطکاک نسبت به این دو مدل را نشان می دهد.