مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی نیروی برش در سوراخ کاری به کمک ارتعاشات آلتراسونیک قطعات جدار نازک

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
مرتضی زندی پور 1
حمید سلیمانی مهر 1
سعید امینی 2
1 دانشکده مکانیک، برق و کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
10.22034/mme.23.5.293
چکیده
سوراخکاری به کمک ارتعاش آلتراسونیک یک روش جدید و یکی از فرآیندهای نوین و نوید بخش، برای ماشینکاری فلزات به‌خصوص آلیاژهای فلزی با قابلیت ماشینکاری پایین می‌باشد. در این تحقیق، با استفاده از یک مجموعه مطالعات آزمایشگاهی، تاثیر استفاده از ارتعاشات آلتراسونیک روی نیروی لازم برای سوراخکاری قطعه‌کارهای جدار نازک آلومینیوم با سه ضخامت متفاوت در سه سرعت دوران مختلف و چهار نرخ پیشروی متفاوت بررسی شده است. نتایج نشان داد که در دو قطعه‌کار آلومینیوم 1 و 5/1 میلیمتر، استفاده از ارتعاشات آلتراسونیک عموما باعث کاهش نیروی محوری شده است اما در قطعه‌کار 2 میلیمتری در مورد اثر اضافه کردن ارتعاشات آلتراسونیک نمی توان اظهار نظر قطعی نمود. به بیان دیگر می توان گفت که اضافه کردن ارتعاشات آلتراسونیک با دامنه و فرکانس ثابت اثر یکسانی بر سوراخکاری در شرایط متفاوت ندارد و برای رسیدن به مطلوب ترین حالت سوراخکاری باید مشخصات ارتعاش بهینه مورد مطالعه قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
سوراخ کاری
ارتعاشات آلتراسونیک
قطعه کار جدار نازک آلومینیوم
نیروی محوری

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of the cutting force in ultrasonic vibration assisted drilling of thin wall workpiece

نویسندگان English

Morteza Zandipour 1
Hamid Soleimanimehr 1
Saeed Amini 2
1 Department of Mechanics, Electrical Power and Computer, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Faculty of Engineering, Kashan University, Kashan, Iran
چکیده English

Ultrasonic vibration assisted drilling is a new technique, and one of the modern and promising processes for drilling metals, especially metal alloys with low machinability. In this paper, a set of laboratory tests is used to investigate the effect of using ultrasonic vibrations on the force required for drilling of the thin aluminum specimens. For this purpose, three aluminum workpieces with different thickness are drilled under three different rotation speeds, and four different penetration rates. The results showed that in two aluminum workpieces, 1 and 1.5 mm, the use of ultrasonic vibrations generally reduced the axial force, but in the 2 mm workpiece, it is impossible to understand a meaningful effect of applying ultrasonic vibrations. In other words, it can be said that adding ultrasonic vibrations with constant amplitude and frequency does not have the same effect on drilling in different conditions, and to reach the most efficient drilling; the characteristics of optimal vibration should be studied.

کلیدواژه‌ها English

Drilling
Ultrasonic Vibration
Thin Aluminum Workpieces
Axial Force
1. Soleimanimehr, H. Analysis of the cutting ratio and investigating its influence on the workpiece’s diametrical error in ultrasonic-vibration assisted turnin,. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2021. 235(4): p. 640-649.
2. Soleimanimehr H, Nategh M. J. An Investigation on the Influence of Cutting‐Force’s Components on the Work‐piece Diametrical Error in Ultrasonic‐Vibration‐Assisted Turning. AIP Conference Proceedings 1315. 2011: 1145. https://doi.org/10.1063/1.3552335
3. Kumabe, J., Fuchizawa, K., Soutome, T., & Nishimoto, Y. Ultrasonic superposition vibration cutting of ceramics. Precision Engineering, 1989. 11(2): p. 71-77.
4. Takemaya, H., & Kato, S. Burrless drilling by means of ultrasonic assistance. Annals of CIRP, 1991. 40(1): p. 83-86.
5. Deyuan, Z., & Lijiang, W. Investigation of chip in vibration drilling. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 1998. 38(3): p. 165-176.
6. Li, Z., Hong, M., Su, H., & Wei, Y. Machining accuracy analysis for step multi-element varying-parameter vibration drilling of laminated composite materials. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2003. 21(10): p. 760-768.
7. Babitsky, V., Astashev, V., & Meadows, A. Vibration excitation and energy transfer during ultrasonically assisted drilling. Journal of sound and vibration, 2007. 308(3-5): p. 805-814.
8. Chang, S. S., & Bone, G. M. Burr size reduction in drilling by ultrasonic assistance. Robotics and computer-integrated manufacturing, 2005. 21(4-5): p. 442-450.
9. Wang, X., Wang, L., & Tao, J. Investigation on thrust in vibration drilling of fiber-reinforced plastics. Journal of Materials Processing Technology, 2004. 148(2): p. 239-244.
10. Azarhoushang, B., & Akbari, J. Ultrasonic-assisted drilling of Inconel 738-LC. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2007. 47(7-8): p. 1027-1033.
11. Pujana, J., Rivero, A., Celaya, A., & De Lacalle, L. L. Analysis of ultrasonic-assisted drilling of Ti6Al4V. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2009. 49(6): p. 500-508.
12. Zhang, D.-y., Feng, X.-j., Wang, L.-j., & Chen, D.-c. Study on the drill skidding motion in ultrasonic vibration microdrilling. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 1994. 34(6): p. 847-857.
13. Liao, Y., Chen, Y., & Lin, H. Feasibility study of the ultrasonic vibration assisted drilling of Inconel superalloy. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2007. 47(12-13): p. 1988-1996.
14. Ma, C. X., Shamoto, E., & Moriwaki, T. Drilling assisted by ultrasonic elliptical vibration. Paper presented at the Key engineering materials, 2005.
15. Chern, G.-L., & Lee, H.-J. Using workpiece vibration cutting for micro-drilling. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2006. 27(7): p. 688-692.
16. Chang, S. S., & Bone, G. M. Burr height model for vibration assisted drilling of aluminum 6061-T6. Precision Engineering, 2010. 34(3): p. 369-375.
17. Nambu, Y., Ochiai, K., Horio, K., Kaneko, J., Watanabe, T., & Matsuda, S. Attempt to increase step feed by adding ultrasonic vibrations in micro deep drilling. Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, 2011. 5(2): p. 129-138.
18. Eliseev, A., Fortuna, S., Kolubaev, E., & Kalashnikova, T. Microstructure modification of 2024 aluminum alloy produced by friction drilling. Materials Science and Engineering: A, 2017. 691: p. 121-125.
19. Lee, S. M., Chow, H. M., Huang, F. Y., & Yan, B. H. Friction drilling of austenitic stainless steel by uncoated and PVD AlCrN-and TiAlN-coated tungsten carbide tools. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2009. 49(1): p. 81-88.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 23، شماره 5
اردیبهشت 1402
صفحه 293-298