ماشین ابزار تولیدی

مکانیزم تشکیل تراشه براده
۱-۳ تغییر شکل لایه برش خورده در عملیات برش
از عمل یک دندانه دار قابل تشخیص است که ابزار به صورتی جهت گرفته تا مواد اضافی از قطعه کاروالد به شکل تراشه ها جدا شود. شکل۱-۳ماشین کاری توسط کره ها را نشان می دهد که ۱-۳( c) شکلی است که تراشه ها به صورتی مجسم شده اند که در برش فنی تولید می شوند.

وقتی که یک ابزار برش یک لایه از قطعه کار را بر می دارد، لایه برش نخورده در ابتدا به صورتی الاستیکی دچار تغییر شکل می شود که جداسازی بعد از تغییر پلاستیک رخ می دهد و نزدیک لبه برش ابزار جای می گیرد اگرچه بدیهی پنداشتن این مطلب که تغییر شکل در یک نقطه یا یک خط متمرکز می شود، مشکل می باشد. برخلاف تغییر شکل پلاستیک در یک ناحیه خاص مابین قطعه کار تغییر شکل نیافته در یک جهت و ابزار برش در جهتی دیگر به دام می افتد همانند شکل۳٫۲ فرایند تغییر شکل می تواند به تغییر شکل ناشی از فشرده سازی قطعه کار مابین دو صفحه شبیه سازی شود، همانطور که در شکل۳٫۲ (b)نشان داده شده است. جداسازی تراشه ها از قطعه کار والد درنزدیکی لبه برش ابزار جای می گیرد.

مشکل در مطالعه مکانیزم تغییر شکل تراشه، فرایند تغییر شکل تراشه در جلو ابزار برش می باشد. عمل کردن به مشابهت تغییر شکل پذیری همانند تغییر شکل های بسیار بزرگ در برش قطعه کار، مشکل می باشد. برای آنالیز فرایند تغییر شکل تراشه ها همیشه به تکنیک های تجربی متوسل شده اند. روش های مختلفی استفاده شده است.

(i) تصویر گرفتن از سطح کناری تراشه توسط دوربین های سرعت بالا و به میکروسکوپ
(ii) مشاهده گرفتن تغییر شکل هی کرید (مستقیما)
(a)روی سطح کناری قطعه کار و (b) روی سطح داخلی یک قطعه کار مرکب
(iii) آزمایش نمونه های بی حرکت تراشه که توسط موارد زیر به دست آمده

ماشین با افت ابزار و (b) توقف ناگهانی دستگاه

۳٫۱٫۱مشاهدات میکروسکوپی مستقیم
فرایند برش می تواند از طریق یک میکروسکوپ کوچک مشاهده شود در نتیجه تغییر شکل درتوده می تواند مطالعه شود.اغلب یک دوربین به میکروسکوپ متصل می شود و تصاویر ضبط شده به دست می اید بهرحال روشی مناسب برای عملیات های محدود مانند بررسی کردن شکل تراشه و مسیرهای جریان و… می باشد. این تکنیک ها می تواند نتایجی را برای برش های کندتر یا ماشین کا ری کند سرعت به دست می دهد.
حتی ۱۶تا۲۰قاب در هرثانیه نتایج رضایت بخشی را برای بررسی پدیده ماشین کاری در حالت های تند تر حاصل نمی کند.
یک تصویر نمونه از فیلم دوربین که توسط ارنست برداشت شده است که تغییر شکل میله در حالیکه توسط ماشین کاری می شود به طور مستقیم بررسی شده است. در شکل شماره ۳٫۳ نمایش داده شده و این مطالعه، مکانیزم تشکیل تراشه های ناپیوسته را اشکار نمود.
اگرچه چنین تصاویر ضبط شده ای تنها می تواند توسط آزمایش مشخصات تغییر یافته میله ای که دارد قطعه کار می شود. مورد انالیز قرار گیرد بعضی اوقات جریان جانبی این بررسی ها را مبهم می نماید. تصاویر ضبط شده از طریق دوربین تصویربرداری ساختاری ها میکروسکوپی راه آشکار نمی نماید. اغلب در سرعت های کم ، تغییر شکل های میله توسط این روش بررسی می شود.
۳٫۱٫۲: روش هایی برای نمونه های تراشه بی حرکت

دو تکنیک جداگانه برای به دست آوردن ریشه های تارشه بی حرکت، استفاده می شود. بیشتر اوقات زمانیکه فقط ریشه تراشه مطلوب باشد، یک ماشین ابزار خودکار استفاده می شود همانطور که در شکل۳٫۴نشان داده شده است. ایده اصلی، بارکردن ابزار توسط پیچ برشی می باشد که در نتیجه آن ابزار به دورپیچ لولا می چرخد.

شکل۳٫۵ یک نمونه از دستگاه ابزار خودرکار با بارگذاری ارتجاعی نمایش می دهد. یک نسخه متفاوت که توسط کیسوگلو(kececioglu) دامس(das) و Bhattacharyya،okushima،ldadze و دیگران استفاده شده است درشکل ۳٫۵وa قفل ابزار می باشد که در تماس با پیچ چرخنده B ، در زیر حرکت فنر منقبض شوندهC قرار دارد. نیروی فنر به قفل ابزار توسط میله و کابل تماسیD منتقل می شود. زمانیکه پیجB می چرخد در نتیجه صفحهE به نقطه F روی قفل ابزار و منطبق می شود.

ابزار آزادانه به پایین می چرخد تحت تاثیر نیروی برش PZ و نیروی منقبض شونده فنرQ .این دو نیرو در میزان بیشینه خود هستند، درزمان رهایی، نیروی برش به سرعت به صفر کاهش می یابد در حالیکه نیروی فنر به یک مقدار مقرر شده توسط تراکم اولیه فنر کاهش می یابد. دستگاه ابزار خود کار به طراحی دقیق نیاز دارد در نتیجه مساحت انحرافی در یک میزان ممکنه ای دار محدوده سرعت عملیات نگه دشاته می شود. از ساختار شکل ۳٫۶میتوان نشان داد که زاویه حاصل از خط تقاطعQ برای بدست اوردن ریشه انحرافa به صورت زیر می باشد.

نگه دارنده در شرایط قفل در موقعیت تعادل قرار دارد. نیروی برش pz ، در نقطه ای از ابزار دریک فاصله (R) از نقطه لولا عمل می کند، نیروی فنرQ در یک فاصله L2 از لولا عمل می کند و نیروی وزن(W)

در یک فاصله۳Lاز نقطه لولا عمل می کند. وقتی پیچ قفل رها می شود ابزار تحت عمل نیروی فنر به پایین می افتد. نیروی فنر به تدریج از مقدار فشاراولیه خودQکاهش می یابد. نیرو برشP2 طولی نمی کشد که در نقطه ابزار عمل می کند. با فرض اینکه PZ تا فاصله انحرافی عمل می کند، معادله دیفرانسیلی می تواند به شکل زیر نوشته شود.
رابطه ۳٫۲

باحل این معادله و تعیین شرایط مرزی از ، زمان ازرابطه زیر محاسبه می شود
رابطه ۳٫۳
درحالیکه
سرعت نسبی برای یک انحراف ریشه ثابت از طریق زیر حاصل می شود
رابطه ۳٫۴
کهVTسرعت افت ابزار و سرعت افت ابزار و V=سرعت کار
زاویه I زاویه مابین مسیر سرعت افت ابزار و سرعت کار در نقطه تحکیم می باشد OKUSHIMAاکوشیما و Hitomiهیتومی یک نوع وسیله ساده تر در شکل ماشین استفاده کردند. Hastings هیستینگر از یک وسیله ای که ابزار توسط یک انفجار کوچک شارژ می شود استفاده نموده است، که ای انفجار به طور الکتریکی در یک موقعیت مناسب در حین برش انجام می شود. در شکل۳٫۷شارژ انفجاری Aکه در یک اتاقک Bقرار گرفته، برای برش پیچ نگه دارC استفاده می شود. پیستونD موجب انتقال نیروی از شارژ درحال سوختن به قفل ابزارE می شود یک حلقه برآوردهF روی قطر بیرونی جدیده شده این پیستون قرار گرفته است.
تکنیک دیگری برای بی حرکت نکردن نمونه های تراشه به همراه قطعات ابزار چسبیده به آن، توسط یک است سریع استفاده می شود. یک نمونه دستگاه با ایست سریع که توسط LDADZEلولا زد، MULLIKمولیک و BHATTACHARYYAاستفاده می شود در شکل ۳٫۸نشان داده شده است در کنار ابزار ماشه ای قرار دارد که چرخش عناصر حلقه ای که نگاهدارنده قطعه کار و تراشه است متوقف می نماید. اطلاعات حاصل شده از این آزمایشات بررسی پدیده تماس، فعل انفعالات تراشه ابزار را قادر می سازد.
نتایج حاصل از بررسی ها
از تحقیقات حاصل از روش های متفاوت ، توافق نظرات در سرتاسر جهان روی حقایق اصلی و اساسی مربوط به مکانیزم تغییر شکل تراشه به دست آمده است.
۱-درحین ماشین کاری مواد هادی مانند آهن و آلومینیوم، سرب، مس، تیتانیوم، و … یک ناحیه تغییر شکل پلاستیک در جلو لبه برش ملاحظه شده است
درنتیجه تغییر شکل پلاستیک، ضخامت تراشه بزرگتر از لایه برش نخورده می باشد
یک ناحیه مشخص از انفصال مابین تراشه و قطعه کار در جایی که تغییر شکل به تدریج در جهت لبه برش افزایش می یابد این ناحیه، ناحیه برشی یا ناحیه تغییر شکل اولیه نامیده می شود.

شکل۳٫۹نتایجokushima اکوشیما که نمایانگر وجود ناحیه برشی در شرایط و سرعت برش ۹۰m/minuteمی باشد.
تحقیقات اکوشیما در سرعت برش۱۳mm/minute در شکل ۱۰-۳ نشان داده شده است تغییر شکل مواد در حال برش به صورت غیریکنواخت در ناحیه برشی توزیع شده است. دراین ناحیه ، تغییر شکل به تدریج در جهت ابزار برش و خیلی نزدیک به لبه برش افزایش می یابد. درناحیه برشی یک تغییر شکل بسیار شدید ملاحظه شده است.

اگرچه در ماشین کاری با سرعت های برش بالاتر، عرض ناحیه برشی بسیار کوچک می باشد و تقریبا ۱تا ۱۰ میکرون می باشد.این شرایط ایده تغییر شکل لایه ای که در یک ناحیه کوچک قراردارد و مربوط به یک برش موضعی می باشد را تایید می نماید. این ایدهpiisponen پسیین را قادر ساخت تا یک مدل کارت همانند با جائیکه لایه نازک فلز در سرتاسر سطح ابزار یکی پس از دیگری حرکت می کند را توسعه بخشد(که در شکل ۳٫۱۱ مشاهده می کند).بنابراین، فرایندشکل گیری تراشه ها به صورت یک فرایند پی در پی لغزیدن در تمام برش کاری بخش های لایه درحال برش نمایان شده است. این ساده سازی به انالیز گسترده ای برای مکانیزم شکل گیری تراشه کمک کرده است.

(z) با مقایسه تغییر شکل تراشه ها توسط آزمایش کششی، مشاهده شده است که عمل فشار همه جانبه خاصیت لاستیکی مواد تحت شرایط برداشت فلز را افزایش می دهد.نتیجه بعد از مقایسه قطعات بسیار ریز ریشه های تراشه با قطعات بسیار ریز حاصل از ازمایشات کششی یا دیگر ازمایشات مکانیکی استاندارد، منتج شده است.

دربسیاری از موارد حالت های تغییر شکل یافته در حال برش نزدیک به حالت برش ساده می باشد.این مسئله ممکن است توسط آنالیز بافت مواد تغییر شکل یافته، اثبات شود.

از یک مطالعه شکل ۳٫۱۲ به نظر می رسد که مسیر بافت با مسیربرش منطبق نمی باشد به طور مثال درطول B1نزدیک و یا حتی متقارن مسیر تغییر شکل حداکثر می باشد و در طول B2عمل می کند.

بنابراین بافت قطعات بسیار ریز نمونه های تراشه همانند مسیر تغییر شکل حداکثر پذیرفته شده است. تحت شرایط تغییر شکل بزرگ فرض اینکه خطوط بافت به مشابه خطوط تغییر شکل است، منطقی می باشد.
از جهت خط بافت با فرض برش خالص، درجه تغییر شکل می تواند به صورت زیر تخمین زده شود.

رابطه
که B2 =مسیر تغییر شکل حداکثر برای یک نقطه معین همانطور که در شکل۳٫۱۲ نشان داده شده است
B1 =زاویه تفکیک مسیر برش برای نقطه مشابه
E =کرنش برشی یا برش، نسبی نقطه مشابه
این رابطه ریشه ها را به دست آورده است(بعدا نشان داده شده)
رابطه
اولین راه حل مسیر کشیدگی حداکثر را تعیین می کند . به طور مثال خطوط بافت یا زاویه توسط مسیر ناحیه برشی به دست می آید درحالیکه راه حل دوم مسیر فشار حداکثر عمود برمسیر کشیدگی را تفکیک می کند. اگرچه زاویه B1که خط برش درناحیه برشی را تفکیک می کند به طور قراردادی زاویه برش نامیده می شود. طرح ساده شده از فرض یک ناحیه تغییر شکل باریک تحت شرایط با اهداف محدود مجاز می باشد.
تغییر شکل دوایر تعیین مسیر تغییر شکل حداکثر را سامت
بابررسی تغییر شکل یک دایره به بیضی، موضوع اثبات می شود. زمانیکه در عرض تنش برشی می باشد، نقاط Aو B از دایره به مکان های B1,A1همانطور که در شکل ۱۳٫۳ مشاهده می شود، انتقال می یابد. درحین دوره ای مشابه یک نقطه C روی دایره به نقطه C1جابه جا می شود
مختصات نقطه C1 به صورت زیر می باشد.
E کرنش برشی به صورت تعیین می شود
در مختصات قطبی
برای پیدا کردن رابطه بیضی که در نتیجه به تغییر شکل برشی ایجاد شده به صورت زیر عمل می کنیم
از انجا که فرض شده است امتداد تغییر شکل بافت همزمان با مسیرتغییر شکل اصل در کشش می باشد، محور اصلی بیضی باید مسیر بافت را تفکیک کند.ازاین رو معادله دیفرانسیلی ۳۹برای مسیر بافت می باشد.
با بررسی رابطه ۳٫۱۱ برای تعیین مسیر خط بافت رابطه ۳٫۱۴ حاصل می شود.
با حل رابطه ۳٫۱۴ E=ZLITZبه دست می اید.

بابررسی شکل ۳٫۱۳(B)جایی که شعاع دایره برابر با واحد می باشد و با رابطه زیر توصیف می شود
درصورتیکه این دایره در جهت OR دستخوش تغییر شود، زمانیکه
درصورتیکه M شیب محور بزرگ وَMََِ شیب محور کوچک بیضی باشد
تا اینکه رابطه M و َMََِریشه های رابطه هستند
اگر زاویه مابین شیب امتداد و محور بزرگ باشد

رابطه ۳٫۲۱
این رابطه درهرنقطه اعتبار دارد، مقدار E هرچقدر که باشد اما شیب باید یک جهت باشد و این تنها شرط مورد نیازمی باشد
با OX وdy مختصات قطبی، بیضی به صورت زیر می باشد.
رابطه ۳٫۲۲
B,aنصف محورها باشند. ناحیه محدود به بیضی با ناحیه دایره برابر می باشد
بنابراین ab=1
نسبت محورها به صورت می باشد.

یک نقطه از بیضی به صورت زیر باشد.
با جانشین کردن در رابط ۳٫۲۲

رابطه ۳٫۲۳
رابطه ۳٫۲۵
اگر یک دایره در صفحه میانی و قطعه کار قبل از ماشین کاری کشیده شود، اندازه cمنجر به تعیین c کرنش برشی و زاویه می شود. همانطور که از امتداد محور بزرگ بیضی به دست می آید، زاویه Bمی تواند کسر شود
باتوجه به آزمایشات ZORER ، kufareکوفارو، Aliev-smirno و افراد دیگر، که بارسم کردن تغییر شکل دوایر محاطی روی سطح قطعه کار به بیضی همانند شکل ۱۴-۳موارد زیر قرار شده است.
a) امتداد ۳محور اصلی تغییرشکل
b) مقدار و نشانه ۳محور اصلی تغییر شکل
c) طبیعت موادی که در حال برش دچار تغییر شکل می شوند. مثل نوع تنش
d) کرنش در حال برشE
شکل ۳٫۱۵ به طور شماتیک تغییر شکل دوایر به بیضی ها را در حین شکل گیری تراشه نشان می دهد.
رابطه ۳٫۲۶
R0=شعاع دوایر حک شده برروی قطعه کار
R1,Rc=نصف محورهای بیضی بعد از تغییرشکل
نوع شرایط تنش توسط مفهوم یک شاخص زاویه p تخمین زده می شود این شاخص از تئوری levy-ladeحاصل می شود.
رابطه ۳٫۲۷

اگر مقدارهایE1,E2,E3 برای هرنوع تغییر شکل برقرارباشد،P میتواند تعیین می شود P=0Oبرای فشار خالص، برای برش خالص، P=30oبرای کشش خالص آزمایشات انجام شده توسط kufarerدر حالیکه برش با و باشد اشاره کرده است که شاخص زاویهf تقریبا ۳۰oمی باشد، بنابراین تائید می کند که شرایط تنش در حین برش مواد هادی، برشی است کرنش در حال برشE ، توسط رابطه زیر حاصل می شود.

رابطه ۳٫۲۸
تغییر شکل پلاستیک درگیر در شکل گیری تراشه ها برسختی مواد تاثیر می گذارد. سخت شدن معمولا با کاهش درخاصیت ها دی و یا از دست دادن خاصیت پلاستیکی، مشخص می شود. کرنش زمانیکه یک لایه دستخوش تغییر می شود، افزایش می یابد. درحین این فرایند، مواد دستخوش کرنش می شوند ،مقدار کرنش تراشه یک ویژگی از شدت تغییر شکل پلاستیک می باشد که توسط مواد قطعه کار متحمل می شوند. یک حراج از توزیع سختی در ناحیه شکل گیری تراشه در شکل ۳٫۱۶ نشان داده شده است که مربوط به ماشین کاری مواد با کربن۰٫۱درصد و سرعت برش ۱۰m/minuteوعمق برش ۱۲mmمی باشد.

از آنجا ملاحظه شده است که سختی در لایه تغییر شکل یافته یا بهش چسبیده به لایه تغییر شکل یافته(لبه ساخته شده) تقریبا۲/۱تا۲ برابر سختی توده مواد تحریف نشده می باشد. برای ماشین کاری مواد هادی سختی مواد تغییر شکل یافته می تواند ۳برابر بزرگتر از مواد تحریف نشده باشد.

اگرچه چنین افزایشی در میزان سختی با آهن چدنی که توانایی سخت شدگی کمتری دارد، غیرممکن می باشد. تغییر شکل پلاستیک و سخت شدگی لایه تحت تغییر شکل در فولاد خیلی بیشتر از آهن چدنی می باشد.

۴) cokerتکنیک های فتوالاستیک را استفاده نموده است و از مدل های پلاستیک تراشه دمای شکل گرفته استفاده نموده و با استفاده از خطوط هم شیب و همرنگ قادر شده تا یک میدان اصلی از تنش ها را به دست آورد همانطور که در شکل ۳٫۱۷ نشان داده شده است. تنش های بالای ابزار که تحت فشار شعاعی و تنش های پایین ابزار تحت کشش شعاعی قرار دارد. خطوط همرنگ (خطوطی که تنش های برشی ثابت دارند) در شکل ۳٫۱۷ دیده می شود. محیط ناحیه برش پلاستیک می تواند از نتایج مشاهده شود.
۳٫۲ مرور مکانیزم تغییر شکل
شکل۳٫۲نشان می دهد که یک تراشه توسط یک فرایند تغییر شکل، حاصل می شود، زمانیکه درمعرض نیروی ابزار برشی روی قطعه کار قرار می گیرد. فرایند تغییر شکل درگیرشده در مکانیزم شکل گیری تراشه دررنج پلاستیک می باشد. به اثبات رسیده است که هیچ اثر پایداری توسط تنش های در حدود رنج پلاستیک تولید نمی شود.درمقایسه ، تنش ها در رنج پلاستیک ممکن است موجب تغییر شکل بزرگ شوند. دراین رنج تغییر شکل در مدت کوتاهی به صورت یک جداسازی ساده اتم می باشد که تغییرات ساختاری جبران ناپذیری به وقوع می پیوندد. دومکانیزم محتمل که دررنج پلاستیک خاتمه می یابد و تغییر شکل پلاستیک و شکس

ت به دنبال آن می آید: توسط شکست یا توسط تسلیم شدن
۳٫۲٫۱:شکستfracture
شکست توسط بعضی عیوب مانند ترک میکروسکوپی یا تمرکز تنش در نزدیکی ترک، ایجاد می شود ،اگراین مقدار بالای تنش برابر با مقاومت چسبندگی مواد باشد، اتصال اتم ها در آن ناحیه، غلبه خواهد کرد. هنگامی که آنها شکسته می شوند، عیوب درسرتاسر مواد منتشر می شود و موجب شکست می شود.
Griffithگریفت یک مدل برای رشد خودبه خودی ترک توسعه داده است. هرزمان که انرژی سطح مورد نیاز وابسته به تولید سطح جدید از آزادسازی انرژی کرنش الاستیک در راس ترک، باشد مواد دچار شکست خواهند شد.

با بررسی یک ترک بیضوی نازک(شکل۳٫۱۸)، انرژی مورد نیاز برای تولید دو سطح جدید توسط ۲tتعیین می شود که دراین رابطهT انرژی سطح مواد و مساحت سطح AB می باشد.
Shaw یک معیار برای رشد ترک را بنا نهاد این معیار توسط برابری انرژی کرنش در رامس ترک با انرژی سطح موردنیاز توسط ۲T() تعیین می شود.انرژی کرنش الاستیک ذخیره شده توسط رابطه زیر تعیین می شود.