دراسة تأثير نماذج المادة ونماذج الاحتكاك على متغيّرات القطع العمودي باستخدام طريقة العناصر المُحدّدة

عماد الدين عيسي الشوين; عادل صالح علي عامر

المؤلفون

عماد الدين عيسي الشوين كلية التقنية الصناعية، قسم الهندسة الصناعية، مصراتة، ليبيا
عادل صالح علي عامر كلية الهندسة، قسم الهندسة الصناعية والتصنيع، مصراتة، ليبيا

الكلمات المفتاحية:

قطع المعادن، التنبؤ، نمذجة ومحاكاة، العناصر المحددة، معامل الاحتكاك

الملخص

تستخدم عمليات قطع المعادن بشكل كبير في عمليات التصنيع، فقد أجريت العديد من الدّراسات لتحليل هذه العملية المعقّدة في الأبحاث الصناعية والأكاديمية، حيث يمكن التنبؤ بمتغيرات عمليات القطع مثل قوى القطع، ودرجات الحرارة، وتوزيع الإجهادات التي لها دورا كبيرا في تصميم الشكل الهندسي لأداة القطع وتعيين الظروف المثلى لمتغيرات عملية القطع، فالعديد من الابحاث السّابقة تمّ تنفيذها عن طريق التّجارب المعملية، وذلك لدراسة ومعرفة القيم المثلى لهذه المتغيرات، ومن المتعارف عليه أن تلك التجارب تتطلب جهدًا، وتكلفة، وتستغرق كذلك زمن طويلا. في الوقت الحاضر مع تطور الحواسيب وبرامج المحاكاة يمكن التنبؤ بمتغيرات القطع وتحديد القيم المثلى لها بدون الحاجة إلى تنفيذ العديد من التجارب العملية، وذلك باستخدام طريقة العناصر المحدّدة. في هذه الدراسة تمّ تنفيذ نمذجة ومحاكاة خراطة معدن من الصلب الكربوني (AISI 1045) بأداة قطع من كربيد التنجستن الغير مطلية (Uncoated Tungsten Carbide) باستخدام طريقة العناصر المحددة. تمّ تقُسيم جزء المحاكاة إلى جزيين: في الجزء الأول، تمّ دراسة تأثير نماذج المادة على قوى ودرجة حرارة القطع، أمّا في الجزء الثاني فتمّ دراسة تأثير معاملات احتكاك القص ومعامل احتكاك كولوم على القوى ودرجات الحرارة المتولدة عند منطقه القطع. حيث أظهرت النتائج أنّ نموذج المادة (Oxley) نتائجه أكثر دقة لمتغيرات القطع في عملية المحاكاة، وبالنسبة لتأثير الاحتكاك فإنه كلما زادت قيمة معامل احتكاك القص كانت قيم قوة الدفع ودرجات الحرارة قريبة من النتائج المعملية، وعند استخدام قيمة أصغر لمعامل احتكاك كولوم أعطت نتائج أفضل للمحاكاة، لأن معامل الاحتكاك العالي يزيد من كمية التشوه في عنصر الشبكة أثناء عملية المحاكاة. وتبين أنّ النمذجة العددية الثلاثية الأبعاد في عمليات القطع تعطي تنبّؤا دقيقا للقوى ودرجات الحرارة وغيرها من متغيرات العملية عند منطقة القطع.

المراجع

Astakhov, V.P. Machining. London: Springer. 2008.

Tresca, H.. On Further Applications of the Flow Solids. Proc. I. Mech. E. Lond. 1878, (1): 301-345.

Ernest, H. and Merchant, M.E. Chip Formation, Friction and High Quality Machined Surfaces. Transactions of American Society for Metals. 1941, (29): 299-378.

Oxley, P.L.B. Mechanics of Machining: An Analytical Approach to Assessing Machinability. Journal of Applied Mechanics. 1990, 57: 253.

Cook, R.D., Malkus, D.S., and Plesha, M.E. Concepts and Applications of Finite Element Analysis. New York: John Wiley & Sons . 1989.

DeformTM Machining (turning) Lab, scientific forming technologies corporation.

Filice, L., Micari, F., Rizzuti, S. and Umbrello, D., 2007. A critical analysis on the friction modelling in orthogonal machining. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47(3-4), pp.709-714.

Angelos P. Markopoulos. Finite Element Method in Machining Processes. Springer. 2013.

Oxley, P.L.B. Mechanics of Machining: An Analytical Approach to Assessing Machinability. Journal of Applied Mechanics . 1990, 57: 253.

Johnson, G.R. and Cook, W.H. A Constitutive Model and Data for Metals Subjected to Large Strains, High Strain-rates and High Temperatures. Seventh International Symposium on Ballistics. 1993, (7): 541-547.

Zerilli, F.J. and Armstrong, R.W. Dislocation Mechanics Based Constitutive Relations for Materials