عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی المان محدود تنش های حرارتی در ابزار برشی ساخته شده از مواد هدفمند
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2569;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 61323
- تاریخ دفاع
- ۲۴ دی ۱۳۹۲
- دانشجو
- پوریا موسیوند
- استاد راهنما
- ابوالفضل معصومی
- چکیده
- در فرآیندهای ماشین کاری فلزات، حرارت زیادی در سطح مشترک ابزار و براده ایجاد می شود. حرارت تولید شده، هم ابزار و هم قطعه کار را تحت تأثیر قرار می دهد. افزایش دمای ابزار باعث تسریع در خستگی و فرسایش آن می شود و در نتیجه می تواند روی عمر ابزار اثرگذار باشد. اهمیت این موضوع، پیش بینی دمای فرآیندهای ماشین کاری را به مهم ترین محدودیت در انتخاب پارامترهای ماشین کاری از قبیل سرعت برش و پیشروی تبدیل کرده است. پیش بینی می شود که استفاده از مواد هدفمند در ساخت ابزارهای برشی، رویکرد مناسبی برای غلبه بر آثار نامطلوب افزایش شدید درجه حرارت در این ابزارها باشد. برای اثبات این ادعا، ضروری است تا درجه حرارت ابزارهای برشی به طور دقیقی اندازه گیری شود. از طرفی به دلیل محدودیت های اساسی در ارتباط با اندازه گیری دقیق درجه حرارت ابزار، توسعه یک رویکرد نظری برای پیش بینی بیشینه درجه حرارت ضروری به نظر می رسد. به بیان دیگر، برای مقایسه توزیع درجه حرارت در ابزارهای برشی، ضروری است که با به کار بردن یک مدل (شبیه سازی)، اثر استفاده از مواد هدفمند در جنس ابزارهای برشی بر روی درجه حرارت آنها تخمین زده شود. با توجه به تحقیقاتی که تاکنون در این زمینه انجام گرفته، مطالعه افزایش درجه حرارت در فرآیند تراش کاری با ابزارهای برشی ساخته شده از مواد هدفمند به عنوان زمینه ای نو و مناسب، در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته است. این تحقیق مشتمل بر ایجاد یک مدل نظری و صحه گذاری نتایج حاصل از آن با نتایج آزمایش های تجربی است. در این ارتباط، نخست حل عددی معادله انتقال حرارت به روش تفاضل محدود در حالت دو بعدی و شبیه سازی المان محدود تراش کاری متعامد مورد مطالعه قرار گرفته است. در ادامه اندازه گیری درجه حرارت انجام شده است و از نتایج به دست آمده جهت صحه سنجی نتایج شبیه سازی المان محدود استفاده شده است. با استفاده از این نتایج، درجه حرارت در تراش کاری با ابزارهایی از جنس های متداول که تاکنون استفاده می شده و ابزارهای هدفمند، تعیین و مقایسه شده اند. واژه‌های کلیدی: برش متعامد فلزات، پیش بینی درجه حرارت، ابزارهای برشی، ترموکوپل، مواد هدفمند، روش تفاضل محدود، شبیه سازی المان محدود
- Abstract
- In metal machining processes, high temperature is generated at the tool-chip interface. The generated heat affects both the tool and the workpiece. Increased temperatures in the tool accelerate fatigue and wear, and as a result is effective over the tool life. The importance of this topic has made predicting the machining process temperature to be the main limitation in selection of machining parameters such as cutting speed and feed rate. It is expected that the use of Functionally Graded Materials in cutting tools, is a good approach to overcome the adverse effects of a sharp rise in tool temperature. To prove this claim, it is necessary to carefully measure the temperature of the cutting tools. However due to fundamental limitations associated with precise tool temperature measurement, developing a theoretical approach to predict the maximum temperature seems to be required. In other words, to compare the temperature distribution in cutting tools, it is necessary to develop a model (simulation) to estimate the effect of using Functionally Graded Materials in cutting tools on their temperatures. Based on the reported researches in this field, studying the temperature rise in the turning process with cutting tools made of Functionally Graded Materials as a new and good field has been examined in this thesis. The study consists of developing a theoretical model, validated with the experimental results. For this purpose, the numerical solution of heat transfer equation by using finite difference method in two-dimensional and finite element simulation of orthogonal turning has been studied. In the next step, temperature measurements have been performed experimentally and the obtained results have been used to validate the model used for finite element simulation. By using these results, the temperature in lathing with tools using ordinary material and FGM tools, were determined and compared. Key Words: Orthogonal metal cutting; Temperature prediction; Cutting tools; Thermocouple; Functionally graded materials; Finite difference method; Finite element simulation
