توسعه مدل المان محدود جوانه زني و رشد ترك مياني در ميكرو ماشين كاري شيشه BK7

Finite-element model developing of median crack nucleation and growth in BK7 glass micro-machining

از جمله آسيب هايي كه حين براده برداري مكانيكي از مواد ترد و به طور خاص شيشه ايجاد مي شود ترك هاي سطحي و زير سطحي در قطعه است كه مي تواند از عمر مفيد قطعات بكاهد. از اين رو در اين پژوهش تلاش بر اين است كه بتوان مدل عددي ارايه كرد كه مقدار ترك هاي مياني ناشي از ماشين كاري را كه به عنوان مخرب ترين نوع ترك در سطح شيشه BK7 در ميكروماشين-كاري ايجاد مي شود، پيش بيني كرد. به منظور شبيه سازي ترك و خواص آن از روش ناحيه چسبنده دو- خطي استفاده شده است كه با انجام آزمايش هاي ميكرو- ويكرز مقادير آن حاصل و كاليبره مي شود و با آزمون هاي ميكروخراش صحت يابي مي شود. آزمايش ميكروخراش و مدل المان محدود آن نشان مي دهد در نقطه تغيير رژيم از شكل پذير به ترد ترك هاي ايجاد شده به طور فزاينده اي افزايش مي يابند. پس از اعتبارسنجي اين مدل در ميكروخراش، نتايج حاصل از اين مدل المان محدود در مرحله آخر مدل سازي كه شبيه سازي براده برداري متعامد در مقياس ميكرو-ماشين كاري است استفاده مي شود تا در نهايت عمق ترك هاي زير سطحي با توجه به عمق نفوذ ابزار قابل پيش بيني شود.

Surface and subsurface cracks in part are induced by mechanical cutting of brittle material specially glass which decrease partʹs life-cycle. The goal of this research is to present a finite element model for predicting induced median cracks as the most deterministic cracks on the BK7 glass subsurface in micromachining. Bilinear Cohesive Zone Method (CZM) was used for simulation of crack and its specifications. CZMʹs parameters were obtained and calibrated by micro-Vickers experiment and the results were validated by micro-scratch test. Finite element model demonstrated median cracks dramatically increase from ductile-to-brittle-changing-regime point in micro-scratch. Finally, the validated finite element model facilitated the prediction of the depth of median cracks with respect to tool cutting depth in micromachining.