بررسي تجربي و شبيه‌ سازي اثر پارامترهاي سوراخ‌ كاري اصطكاكي بر طول بوش در ورق فولاد زنگ‌ نزن AISI 304

Experimental investigation and simulation of the effects of friction drilling parameters on length of bush in stainless steel AISI304 sheet

سوراخ‌كاري اصطكاكي يكي از روش‌هاي غيرمرسوم ولي كاربردي براي ايجاد و شكل‌دهي سوراخ در ورق‌هاي نازك است. در اين روش يك ابزار چرخان در ورق نفوذ كرده و در يك مرحله بدون ايجاد براده ضمن سوراخ كردن ورق، يك بوش در طرف ديگر ايجاد مي‌كند. ابزار مورد استفاده در اين روش داراي شكل مخروطي و بدون لبه برنده است و از حرارت ايجاد شده بر اثر اصطكاك بين ابزار و قطعه‌كار، براي نرم كردن ماده، نفوذ به قطعه‌كار و ايجاد بوش استفاده مي‌شود. در اين فرآيند، درجه حرارت قطعه كار هنگام عمليات بالا و به تبع آن ميزان شكل‌دهي نيز زياد است؛ بنابراين شبيه‌سازي به روش اجزاي محدود، ابزار مناسبي براي درك جريان ماده، تنش، كرنش و طول بوش است. در اين مقاله از نرم‌افزار اباكوس براي شبيه‌سازي رفتار فرآيند سوراخ‌كاري اصطكاكي استفاده شد. براي صحت‌سنجي نتايج شبيه‌سازي، طول بوش ايجاد‌شده توسط ابزار با قطرهاي مختلف در سرعت‌هاي پيشروي و دوراني متفاوت اندازه‌گيري و با داده‌هاي حاصل از آزمايش‌هاي تجربي مقايسه شدند. هدف اين تحقيق تعيين پارامترهاي فرآيند براي ايجاد بوش با ضخامت يكنواخت و بررسي تاثير آن‌ها بر فرم بوش است. دراين راستا، طراحي آزمايش با روش عاملي كامل صورت گرفت و نتايج با استفاده از روش آماري تحليل واريانس تفسير گرديد. مشخص شد كه بيشترين تاثير بر طول بوش ايجاد شده در سوراخ‌كاري اصطكاكي را ابتدا قطر ابزار با 94% تاثير، سپس سرعت پيشروي با 3% و در نهايت كمترين اثر را سرعت دوراني با 2% تاثير داراست.

Friction drilling is a nontraditional hole-making process used to create and form the holes in thin sheets. The process involves penetration of a rotating conical tool into a sheet metal work piece and creation of a bushed hole in a single step. The tools are conical without having cutting edges, and the heat caused by friction between the tool and work piece is used to soften the material, penetrate into the work piece and make the bush. In this process, the temperature is high, and so, the deformation. The simulation by finite element analysis is a useful tool for understanding the material flow, stress, strain and length of bush. In this research, Abacus software was used to simulate the behavior of friction drilling. To verify the simulation results, the length of bushes created by tools with different diameters at different rotational speeds and federate was measured, and results were compared with experimental data. The aim of this study was to determine the process parameters to provide the bush with a uniform thickness, and study their effect on the shape of bush. Therefore, DOE was performed using a full factorial method and results were interpreted using ANOVA. Results showed that the tool diameter has the greatest effect (95%) on the length of bush during friction drilling, then feed rate (3%) and finally rotational speed (2%) has the smallest effect.