مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل عددی تراشکاری اینکونل 718 مستقیماً پیرسازی شده با استفاده از معادلهٔ ساختاری توانی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
امیرسجاد رحمانی
محمدجعفر حداد
سید محمد ابراهیمی
دانشگاه تهران
چکیده
امروزه سوپر آلیاژهای اینکونل به دلیل خواص خارق‌العادهٔ آن‌ها در صنایع مختلفی استفاده می‌شوند. برخی از خصوصیات ویژه اینکونل نظیر حفظ استحکام تسلیم در دماهای بالا، ضریب رسانش حرارتی بسیار پایین و مقاومت سایشی بالا، شرایط سختی را برای ماشین‌کاری این سوپر آلیاژ فراهم می‌کند. این مقاله، بر اساس روش اجزاء محدود، روشی را برای شبیه‌سازی تراشکاری سوپر آلیاژ اینکونل 718 مستقیماً پیرسازی شده به کمک معادله ساختاری توانی ارائه می‌کند. تعیین درست خواص مواد بر اساس معادلهٔ ساختاری توانی نظیر تعیین ضرایب سخت‌شوندگی کرنشی، ضریب نرخ حساسیت به کرنش و ضرایب نرم‌شوندگی حرارتی در کنار دیگر ضرایب موردنیاز برای شبیه‌سازی تراشکاری سوپر آلیاژ اینکونل 718 مستقیماً پیرسازی شده از اهداف اصلی این پژوهش است. نتایج خروجی شبیه‌سازی نظیر زاویهٔ صفحهٔ برشی، نیروهای ماشین‌کاری، دمای براده و ابزار و شکل ‌براده با خروجیِ نتایج مرجع [1] صحت‌سنجی شده است. این پژوهش، به‌صورت مشابه با مقاله [1] در سه ضخامت برادهٔ تغییر شکل نیافته متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است تا ضخامت شکل براده تغییر شکل یافته و دیگر خروجی‌های ماشین‌کاری نظیر نیروهای ماشین‌کاری با بهره از معادلهٔ ساختاری توانی مورد بررسی قرار بگیرد. برای شبیه‌سازی از نرم‌افزار Third wave Systems- AdvantEdge بهره برده شده است. خروجی این مطالعه، با نتایج تحقیق تجربی [1] بررسی شده است و نشان دهنده کارآیی و دقت بالای تحلیل حاضر می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
تراشکاری
روش اجزاء محدود
معادلهٔ ساختاری توانی
اینکونل 718

موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Analysis of Direct Aged 718 Inconel Alloy Turning Using Power Law Equation

چکیده English

Nowadays, Inconel superalloys are often used in various industries due to their extraordinary properties. Some unique properties of Inconel, such as maintaining its yield strength at elevated temperatures, very low thermal conductivity, and high abrasion resistance, provide very difficult to cut conditions for machining this superalloy. This paper presents a method for simulating the direct aged Inconel 718 superalloy turning by using the power law equation based on the finite element method. One of the main objectives of this research is the correct determination of material properties based on power law equation such as strain hardening coefficients, strain rate sensitivity coefficient, thermal softening coefficients, and other coefficients required to simulate direct aged Inconel 718. The simulation results, such as shear plane angle, machining forces, chip temperature, and tool and chip shape, have been validated by reference [1]. This study, similar to [1], has been studied at three different undeformed chip thicknesses to examine the deformed chip thicknesses and other machining outputs such as machining forces using the power law equation. Third wave Systems-AdvantEdge software has been used for the current study. The output of this study has been investigated with the results of experimental research [1] and shows the high efficiency and accuracy of the present analysis.

کلیدواژه‌ها English

Aluminium Mirror
Diamond Turning
Polishing
Surface roughness
Interferometry
"1- Klocke F, Döbbeler B, Peng B, Schneider SAM. Tool-based inverse determination of material model of Direct aged Alloy 718 for FEM cutting simulation. Procedia CIRP [Internet]. 2018;77(Hpc):54–7..
2- Ozel T, Llanos I, Soriano J, Arrazola PJ. 3d finite element modelling of chip formation process for machining inconel 718: Comparison of FE software predictions. Mach Sci Technol. 2011;15(1):21–46.
3- Johnson GR, Cook WH. A Computational Constitutive Model and Data for Metals Subjected to Large Strain, High Strain Rates and High Pressures. Seventh Int Symp Ballist. 1983;541–7.
4- Calamaz M, Coupard D, Girot F. A new material model for 2D numerical simulation of serrated chip formation when machining titanium alloy Ti-6Al-4V. Int J Mach Tools Manuf. 2008;48(3–4):275–88.
5- Sima M, Özel T. Modified material constitutive models for serrated chip formation simulations and experimental validation in machining of titanium alloy Ti-6Al-4V. Int J Mach Tools Manuf. 2010;50(11):943–60.
6- Pawade RS, Joshi SS. Multi-objective optimization of surface roughness and cutting forces in high-speed turning of Inconel 718 using Taguchi grey relational analysis (TGRA). Int J Adv Manuf Technol. 2011;56(1–4):47–62.
7- Razanica S, Malakizadi A, Larsson R, Cedergren S, Josefson BL. FE modeling and simulation of machining Alloy 718 based on ductile continuum damage. Int J Mech Sci. 2020;171.
8- Ye GG, Chen Y, Xue SF, Dai LH. Critical cutting speed for onset of serrated chip flow in high speed machining. Int J Mach Tools Manuf. 2014;86:18–33.
9- Lorentzon J, Järvstråt N, Josefson BL. Modelling chip formation of alloy 718. J Mater Process Technol. 2009;209(10):4645–53.
10- Parida AK, Maity K. Numerical and experimental analysis of specific cutting energy in hot turning of Inconel 718. Meas J Int Meas Confed [Internet]. 2019;133(October):361–9.
11- Wang B, Liu Z, Hou X, Zhao J. Influences of cutting speed and material mechanical properties on chip deformation and fracture during high-speed cutting of inconel 718. Materials (Basel). 2018;11(4).
12- Ebrahimi SM, Araee A, Hadad M. Investigation of the effects of constitutive law on numerical analysis of turning processes to predict the chip morphology, tool temperature, and cutting force. Int J Adv Manuf Technol. 2019;105(10):4245–64.
13- Qiu X, Cheng X, Dong P, Peng H, Xing Y, Zhou X. Sensitivity analysis of johnson-cook material constants and friction coeffcient influence on finite element simulation of turning inconel 718. Materials (Basel). 2019;12(19).
14- Ahmed N, Mitrofanov A V., Babitsky VI, Silberschmidt V V. Analysis of material response to ultrasonic vibration loading in turning Inconel 718. Mater Sci Eng A. 2006;424(1–2):318–25.
15- Brown WF, Mindlin H, Ho CY. Aerospace structural metals handbook. CINDAS/USAF CRDA Handbooks Operations, Perdue University; 1996.
16- Iturbe A, Giraud E, Hormaetxe E, Garay A, Germain G, Ostolaza K, et al. Mechanical characterization and modelling of Inconel 718 material behavior for machining process assessment. Mater Sci Eng A [Internet]. 2017;682:441–53. Available from:
17- ThirdWaveSystems. Third Wave AdvantEdgeTM User’s Manual Version 7.0. 2015;378.
"
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 22، شماره 10
مهر 1401
صفحه 19-24