بررسي تجربي و شبيه سازي سه بعدي فرآيند برقوزني روي فولاد ابزار سخت شده AISI D2

Experimental investigation and 3D simulation of reaming process on AISI D2 hardened tool steel

در اين پژوهش شبيه‌سازي المان محدود سه بعدي فرايند برقوكاري فولاد سخت صورت گرفت. پارامترهاي برش در شبيه‌سازي فرايند برقوزني بر اساس نتايج تجربي بهينه كه منجر به نيروهاي برش كوچكتر، لرزش كمتر ابزار برقو و كيفيت سطح بهتر مي‌شوند، انتخاب گرديدند. از اين شبيه سازي براي پيش بيني نيروهاي برش به عنوان يكي از مهمترين متغيرهاي فرآيند برقوزني استفاده شد. شبيه سازي فرآيند براده‌برداري با استفاده از نرم افزار المان محدود تجاري SFTC DEFORM-3D و با استفاده از يك كد لاگرنژين صريح صورت گرفت. به منظور يافتن شرايط بهينه برقوكاري و اعتبارسنجي مدل المان محدود نيز آزمايش هايي روي قطعه كار از جنس فولاد ابزار D2 سخت كاري شده انجام گرديد. پارامترهاي برش شامل نرخ پيشروي و سرعت برش تغيير داده شده و نيروي برش در آزمايش هاي شبيه سازي و تجربي اندازه گيري شد. نتايج نشان داد كه نتايج عددي اعتبارسنجي بسيار خوبي با نتايج تجربي دارد و خطاي حدود 10 درصد مشاهده گرديد. در آخر تاثير پارامترهاي ورودي درآزمايش هاي شبيه سازي و تجربي روي نيروي برش مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده شد كه با افزايش نرخ پيشروي خطاي حاصل از شبيه سازي كمتر مي شود و اين نشان مي دهد كه هر چقدر حجم براده برداري پايين تر باشد بايستي از مشي با چگالي بيشتر و كيفيت بالاتر استفاده كرد.

In this study, 3D finite element simulation of reaming process has been carried out on the hard steel. The cutting parameters in the simulation process were selected based on the optimum experimental results which lead to the smaller cutting forces, lower vibration of the reaming tool and better surface quality. This simulation was used to predict cutting forces as one of the most important reaming output variables. Simulation of material removal process was performed by commercial finite element software SFTC DEFORM-3D and using the explicit Lagrangian code. In addition, some empirical experiments were done on the hardened D2 tool steel workpieces to find the optimum reaming condition and validation of finite element model. Cutting parameters including feed rate and cutting speed were changed and cutting forces were measured, experimentally. The results showed that the numerical results have a good consistency with the experimental one and average difference of 10% was seen. Finally, the effect of input parameters on the cutting force at the simulation and experimental test were investigated. It was seen that the cutting forces error is reduced between two analyses by increasing the feed rate. This indicates that the meshes with higher quality and density are required in lower removal rate.