مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی تحلیلی نیروهای برشی در فرآیند سنگ‌زنی فولاد عملیات حرارتی شده AISI 1060 با در نظر گرفتن توزیع ضخامت براده تغییر شکل نیافته

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
فرزاد جماعتی
حامد ادیبی
عبدالرضا رحیمی
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
چکیده
فرآیند سنگ­زنی یکی از مهم­ترین و پرکاربردترین فرآیندهای ماشینکاری جهت رسیدن به کیفیت سطح و دقت ابعادی مطلوب می­باشد. از آنجایی که در فرآیند سنگ­زنی، ضخامت براده تغییر شکل نیافته یک مقدار ثابت نبوده و برای هر دانه ساینده به طور مستقل و لحظه­ای در حال تغییر می­باشد، لذا تعیین دقیق ضخامت براده تغییر شکل نیافته لحظه­ای جهت مشخص کردن نیروهای سنگ­زنی و همچنین توپوگرافی سطح سنگ­زنی شده از اهمیت بالایی برخوردار است. مطالعات پیشین در زمینه نیروهای سنگ­زنی عمدتا بدون توجه به نوع میکرومکانیزم­های بین دانه ساینده و قطعه­کار استوار بود، از طرف دیگر با تعیین مقدار متوسط برای ضخامت براده تغییر شکل نیافته فقط مقادیر متوسط نیروهای سنگ­زنی قابل محاسبه بود. در این پژوهش برای تعیین ضخامت براده تغییر شکل نیافته لحظه­ای و به دنبال آن نیروهای سنگ­زنی، یک مدل تحلیلی جدید با رویکرد آنالیز سینماتیکی-هندسی مسیر دانه­های ساینده ارائه شده­است. این مدل، اجزای تشکیل دهنده نیروهای عمودی و مماسی سنگ­زنی (شامل نیروهای لغزش، شخم و برش) را به طور جزئی و دقیق بر اساس ضخامت براده تغییر شکل نیافته لحظه­ای حاصل از آنالیز سینماتیکی حرکت دانه ساینده و همچنین بر اساس میکرو مکانیزم­های براده برداری بین دانه ساینده و قطعه­کار پیش­بینی می­کند. در پایان آزمایش­های تجربی، جهت صحت سنجی مدل تئوری صورت پذیرفت.
کلیدواژه‌ها
ضخامت براده جدا نشده لحظه‌ای
مدلسازی تحلیلی
میکرومکانیزم‌های براده برداری
نیروهای سنگ‌زنی

موضوعات

عنوان مقاله English

Analytical modeling of cutting forces in grinding of AISI 1060 heat treated steel considering undeformed chip thickness distribution

نویسندگان English

farzad jamaati
hamed adibi
A. Rahimi
amirkabir university of technology
چکیده English

The grinding process is one of the most important and widely used machining processes to achieve the desired surface quality and dimensional accuracy. Since the undeformed chip thickness is not a constant value in the grinding process and is changing independently and momentarily for each abrasive, the determination of the undeformed chip thickness accurately is essential to determine the grinding forces and surface topography of the grinding wheel. Previous studies on grinding forces were mainly regardless of the micro-mechanisms between the abrasive and the workpiece. On the other hand, only the average values ​​of forces could be calculated by determining the average value for undeformed chip thickness. In this study, a new analytical model with the approach of kinematic-geometric analysis of abrasive grain trajectory is presented to determine the undeformed chip thickness and subsequent grinding forces. This model predicts the components of normal and tangential grinding forces (including sliding, plowing, and cutting forces) accurately and in detail based on the instantaneous undeformed chip thickness obtained from the kinematic analysis of abrasive movement and micro-mechanisms between abrasive and the workpiece. In the end, experimental tests were performed to validate the theoretical model.

کلیدواژه‌ها English

Instantaneous undeformed chip thickness
Analytical modeling
Micro mechanisms of cutting
grinding forces
[1] Reichenbach, G., The role of chip thickness in grinding. Trans. Asme, 1956. 78(5): p. 23.
[2] Snoeys, R., The significance of chip thickness in grinding. 1974.
[3] Malkin, S. and C. Guo, Grinding technology: theory and application of machining with abrasives. 2008: Industrial Press Inc.
[4] Chen, X. and W.B. Rowe, Analysis and simulation of the grinding process. Part I: generation of the grinding wheel surface. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 1996. 36(8): p. 871-882.
[5] Agarwal, S. and P.V. Rao, Predictive modeling of undeformed chip thickness in ceramic grinding. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2012. 56: p. 59-68.
[6] Hecker, R.L., et al., Grinding force and power modeling based on chip thickness analysis. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2007. 33(5-6): p. 449-459.
[7] Azizi, A. and M. Mohamadyari, Modeling and analysis of grinding forces based on the single grit scratch. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2015. 78(5-8): p. 1223-1231.
[8] Zhang, Y., et al., Analysis of grinding mechanics and improved predictive force model based on material-removal and plastic-stacking mechanisms. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2017. 122: p. 81-97.
[9] Dai, C., et al., Grinding force and energy modeling of textured monolayer CBN wheels considering undeformed chip thickness nonuniformity. International Journal of Mechanical Sciences, 2019. 157: p. 221-230.
[10] Jamshidi, H. and E. Budak, An analytical grinding force model based on individual grit interaction. Journal of Materials Processing Technology, 2020. 283: p. 116700.
[11] Rowe, W.B., Principles of modern grinding technology. 2013: William Andrew.http://www.ifco.ir/building/ConservationHints/Intro.asp. (In Persian)
[12] B. K. Li, C. W. Dai, W. F. Ding et al., “Prediction on grinding force during grinding powder metallurgy nickel-based superalloy FGH96 with electroplated CBN abrasive wheel,” Chinese Journal of Aeronautics, vol. 1539, pp. 1–10, 2020.
[13] Liu, Y., et al., Investigation of different grain shapes and dressing to predict surface roughness in grinding using kinematic simulations. Precision Engineering, 2013. 37(3): p. 758-764.
[14] Van der Linde, G., Predicting galling behaviour in deep drawing processes. 2011.
[15] Li, H.N., et al., Detailed modeling of cutting forces in grinding process considering variable stages of grain-workpiece micro interactions. International Journal of Mechanical Sciences, 2017. 126: p. 319-339.
[16] Challen, J. and P. Oxley, An explanation of the different regimes of friction and wear using asperity deformation models. Wear, 1979. 53(2): p. 229-243.
[17] Mishra, T., et al., Characterization of interfacial shear strength and its effect on ploughing behaviour in single-asperity sliding. Wear, 2019. 436: p. 203042.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 21، شماره 10
مهر 1400
صفحه 685-692