مطالعه تجربی و شبیه‌سازی المان محدود توزیع درجه حرارت در ابزار برش در فرایند ماشینکاری به کمک لیزر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 صنعتی امیرکبیر*مهندسی مکانیک

3 دانشگاه صنعتی امیر کبیر*مهندسی مکانیک

چکیده

پژوهش حاضر به بررسی تجربی و شبیه‌سازی المان محدود توزیع درجه حرارت در ابزار برش در فرایند ماشینکاری به کمک لیزر اختصاص پیدا کرده است. رویه در نظر گرفته شده در این تحقیق مشتمل بر ایجاد یک مدل المان محدود و صحه‌گذاری نتایج آن با نتایج حاصل از آزمون‌های تجربی اندازه‌گیری نیرو و درجه حرارت برای آلیاژ اینکونل 718 است. در این ارتباط، در مرحله نخست شبیه‌سازی المان محدود فرایند تراشکاری به کمک لیزر مورد مطالعه قرار گرفت. سپس طراحی و ساخت تجهیزات لازم برای انجام فرایند تراشکاری به کمک لیزر انجام شد و در نهایت مجموعه‌ای از آزمایش‌های تجربی با هدف اندازه‌گیری نیرو و درجه حرارت صورت گرفت و محدوده‌ای مناسب برای پارامترهای فرآیند، استخراج گردید. در ادامه از نتایج بدست آمده به منظور صحه‌گذاری نتایج شبیه‌سازی المان محدود استفاده شد. تأثیر توان لیزر، سرعت برش و پیشروی بر توزیع درجه حرارت در ابزار برش مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مدل المان محدود با نتایج آزمون‌های تجربی صحه‌سنجی شد. بر اساس نتایج حاصل، استفاده از لیزر پیوسته در محدوده‌ای که منجر به تغییر ساختار کریستالی ماده نشود، ضمن کاهش 25 درصدی در مولفه‌ی نیروی اصلی برش، کاهش دمای ابزار برشی را به دنبال داشت. متوسط درجه‌ی حرارت ابزار در تراشکاری به کمک لیزر در حدود 80 درصد مقادیر نظیر در تراشکاری سنتی است

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Study and Finite Element Simulation of Cutting Tool Temperature in Laser Assisted Machining

نویسندگان [English]

  • Sayed mohammad Nikouei 1
  • Mohammad Reza Razfar 2
  • Mohsen Khajehzadeh 3
1 Amirkabir university of technology
2 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
3 Mechanical Engineering Department of Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

The present paper has been dedicated to finite element simulation and experimental study of cutting tool temperature during laser assisted machining. To achieve this objective, a finite element model of the processes has been developed for Inconel 718 super alloy and the results have been verified by experimental measurements of cutting forces and cutting tool temperature. In this regard, first of all a finite element model of laser assisted turning process was developed and then experimental setup was designed and manufactured. Finally, a series of experimental tests were arranged to achieve proper range of process parameters and also to measure cutting forces and cutting tool temperatures during the machining process. Experimental results were then used to verify the results of finite element model. Using the developed model, the effect of laser source power, cutting speed and feed on cutting tool temperature were studied. According to the achieved results, using laser heat source, in the range without micro structural effects, will lead to 25% reduction in the average of main component of cutting force and 80% reduction in the average maximum temperature of cutting tool in comparison to conventional turning.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser Assisted Machining
  • Cutting Temperatures
  • Finite element simulation
  • Continuous Wave Laser