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

Abstract

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.