آزمايشات تجربي و شبيه سازي سه بعدي فرآيند ماشين كاري اينكونل 718 به منظور بررسي بارهاي حرارتي و عمق لايه تغيير ساختار يافته

Experimental investigation and 3D simulation of machining of Inconel 718 for evaluation of thermal loads and depth of the affected layer

گسترش پارامترهاو بارهاي حرارتي در حين فرآيند ماشين كاري منجر به كاهش كيفيت سطح قطعه شده و سايش سريع و تعويض زودهنگام ابزار را در پي دارد. لذا بهينه سازي بارهاي حرارتي در ماشين كاري همواره از اهميت بسزايي برخوردار بوده است. از طرفي ايجاد عمق لايه تغيير ساختاريافته مناسب، سبب بهبود خواص مكانيكي و متالورژيكي و افزايش عمر خستگي قطعه كار مي شود. اما از آنجايي كه انجام مطالعات تجربي در زمينه عمليات ماشين كاري امري هزينه بر، وقت گير و داراي محدوديت مي باشد، از روش هاي اجزاي محدود به عنوان ابزاري كارآمد جهت انجام مطالعات خود در اين تحقيق بهره گرفتيم. در بخش اول اين مطالعه، ماشين كاري سوپرآلياژ اينكونل 718 به وسيله آزمايشات تجربي با تعداد 10 نمونه آزمايش با عمق برش، سرعت برش و نرخ تغذيه در سه سطح انجام شد. از نتايج آزمايشات تجربي جهت شبيه سازي سه بعدي فرآيند براده برداري با استفاده از نرم افزار تجاري ديفرم سه بعدي در حالت هاي متفاوت سرعت برشي و نرخ پيشروي وعمق برش استفاده گرديد. و در ادامه شبيه سازي، تاثير پارامترهاي شعاع لبه ابزار، شعاع نوك ابزار و اثر مدل ماده روي پارامترهاي حرارتي و عمق لايه تغيير ساختار يافته مورد بررسي قرار گرفت. جهت بهبود دقت فرآيند شبيه سازي، پارامترهاي ورودي شامل شرايط اصطكاكي، ضريب انتقال حرارت به گونه اي تعيين شد كه كمترين خطاي شبيه سازي با نتايج تجربي حاصل گردد. در نهايت با استفاده ازنتايج آزمايشات تجربي و شبيه سازي اجزاي محدود، تاثير پارامترهاي مختلف ماشين كاري بر دماي قطعه كار وعمق لايه تغيير شكل يافته ماشين كاري شده به دست آمد.

Distribution of thermal loads during the machining process leads to reducing the surface quality and rapid tool wear. Therefore, optimization of thermal loads in machining has always been important. On the other hand depth of the restructured layer can improve mechanical and metallurgical properties and of the workpiece. Since experimental investigation in machining operations is expensive and time-consuming procedure, finite element method is also used as an efficient tool in this regard. Therefore, at the first part of this study, experimental machining tests was carried on Inconel 718 alloy at the different cutting depth, cutting speed and the feed rate to measure machined surface temperature. The results of experiments were used to simulate machining process using commercial software of DEFORM-3D-V10. After calibration and validation of the results of 3D simulation with corresponding experiments, the effect of tool edge radius, tool nose radius, and workpiece hardness was investigated. To improve the accuracy of the simulations, heat transfer coefficient was calibrated by experimental result of temperature and it was defined as function of cutting parameters. Finally, the effect of machining parameters was investigated on the depth of the recrystallized layer using the critical strain criterion.