مطالعه تجربي اثر اندازه در فرآيند ميكرو فرزكاري

An Experimental study into the size effect in micromilling process

ميكرو فرزكاري يكي از مهمترين فرآيندهاي ساخت قطعات مينياتوري است كه امروزه كاربرد گسترده‌اي پيدا كرده‌اند. استفاده از ابزارهاي كوچكتر از 1 ميليمتر در اين فرايند باعث بروز پديده "اثر اندازه" و مشكلات ناشي از شخم زني در پيشروي‌هاي پايين مي‌شود. تعيين مقدار مينيمم ضخامت براده‌اي كه باعث كاهش و يا حذف اثر شخم زني شود از اهميت بسيار بالايي برخوردار است. در اين تحقيق به بررسي نقش كاهش مقياس در فرايندهاي فرزكاري با مقياس ميكرو و ماكرو پرداخته شده است. ماده بكار رفته در اين تحقيق آلياژ تيتانيومي Ti-6Al-4V بوده است. از دو ابزار دو پره به قطرهاي 0.8 و 2 ميليمتر براي اين منظور استفاده شد. تاثير عمق برش محوري و پيشروي بعنوان پارامترهاي ورودي بر مشخصه‌هاي خروجي فرايند نظير انرژي مخصوص، ميكروسختي، زبري سطح، توپوگرافي و تشكيل براده مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج نشان از افزايش انرژي مخصوص برش و ميكروسختي سطح ماشينكاري شده در مقياس ميكرو داشته است. ميكروسختي سطح ميكروفرزكاري شده حدود 6 برابر و انرژي مخصوص برش 150% بيشتر از مقياس ماكرو بوده است. مقدار مينيمم ضخامت براده در ميكروفرزكاري اين آلياژ 0.25-0.49 شعاع لبه برنده پيشنهاد مي‌گردد.

Micro end-milling is one of the main manufacturing processes of creating miniaturized parts which are increasingly in demand in many industries. Using tools with diameter less than 1 mm results in raising the so-called “size effect” and problems due to ploughing at low feeds per tooth. It is therefore crucial to estimate value of minimum chip thickness which helps to reduce or eliminate the ploughing. In this study, the role of scaling down is investigated with regard to milling operation in micro- and macro-scale. A titanium alloy Ti-6Al-4V is used as workpiece. Two-flute endmills with diameters of 0.8 and 2 mm are used, representing micro and macro-scale, respectively. Effects of axial depth of cut and feed rate as input parameters were evaluated on such output characteristics as specific cutting energy, microhardness, surface roughness, topography and chip formation. Results show higher values of microhardness and specific cutting energy in micro-scale. Microhardness and specific cutting energy in micro-scale were found to be 6 times and 150% greater than the macro-scale, respectively. The study suggests that minimum chip thickness can be varied approximately between 0.25 and 0.49 of the cutting edge radius.