مطالعه تجربي و عددي تأثير هندسه ابزار بر مشخصه ريزشكست ها در ماشينكاري ميكرونانو ساختار ترد متخلخل

An experimental and numerical study of tool geometry effect on microfracture characteristics in micro/nano machining of brittle porous structure

مواد با ساختار متخلخل نسل جديد از مواد مهندسي هستند كه كاربردشان در دهه اخير به سرعت در حال رشد است. با اين وجود ساختار متخلخل محدوديت هاي نيز در فرآيند ساخت اين مواد ايجاد كرده است. يكي از چالش هاي اصلي در برشكاري مواد متخلخل ترد وجود ريزشكست ها در اطراف حفره ها است كه به شدت بر كيفيت سطح قطعه نهايي تأثيرگذار است. در اين تحقيق تلاش شده‌است تا تأثير زاويه براده ابزار بر روي ميزان شكست ترد اطراف حفره ها در قطعات سيليكوني متخلخل مورد بررسي قرار گيرد. نتايج نشان مي دهد كه كاهش زاويه براده، ريز شكست ها در اطراف حفره ها را افزايش مي دهد كه اين به نوبه خود بر فشار برشكاري تأثيرگذار است. نتايج محاسبه فشار تماس در منطقه برشكاري نشان از كاهش فشار كل در منطقه تماس با كاهش زاويه براده را دارد. افزايش ريزشكست ها، براساس افزايش تنش كششي در زيرِ لبه ابزار در زمان نزديك شدن ابزار به حفره توضيح داده مي شود. يافته هاي آزمايشگاهي با شبيه‌سازي المان محدود نيز مورد تأييد قرار گرفتند. در پايان نتايج آزمايشات تأييد مي كند كه با تنظيم زاويه براده ابزار در برشكاري قطعات سيليكوني متخلخل، مي توان به كيفيت سطحي تا حدود 25 نانو دست يافت.

Porous materials are a special class of engineering materials which have received increasing interest for technical and medicinal applications within the last decade. However, one of the main challenges in the cutting of porous structure is the microfractures occurred around pores having a profound impact on the final surface quality. In this study, the effect of tool geometry on the magnitude of microfractures around pores of porous silicon has been investigated. The results reveal that as rake angle decreases, microfractures around pore edges increase influencing the cutting pressure. The calculated pressure in the contact area shows a decrease as the rake angle decreases. Increase in microfractures can be explained based on a large tensile stress area formed beneath the tool cutting edge as tool tip feeds toward pore. The simulation results agree well with the experimental results. The findings also reveal that by choosing the optimal tool rake angle in the cutting process, a nanometric surface flatness (25 nanometer) can be achieved on porous silicon.n.