شبیه سازی انحلال آندی در ماشین‌کاری الکتروشیمیایی و طراحی ابزار توسط روش حساسیت

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند

چکیده

فرآیند ماشینکاری الکتروشیمیایی از جمله فرآیندهای ماشینکاری غیرسنتی می‌باشد که به علت برتری‌های خاص این روش، در صنایع مختلف از جایگاه منحصر به فردی برخوردار شده است. این فرآیند بر پایه انحلال آندی استوار است و به علت عدم تماس ابزار با قطعه کار، هیچگونه سایش و نیروی براده‌برداری متوجه ابزار نمی‌باشد. لذا این امر یکی از مهمترین مزایای ماشینکاری الکتروشیمیایی است. با توجه به پیچیدگی این فرآیند، هنوز روش قابل قبولی برای پیش‌بینی شکل قطعه‌کار حاصله برای یک ابزار مشخص و همچنین طراحی ابزار برای یک حفره مشخص وجود ندارد. استفاده از روش‌های مرسوم آزمون و خطا جهت استخراج شکل قطعه‌کار و ابزارِ مربوطه زمانبر و پر هزینه است. جهت طراحی و همچنین پیش‌بینی پارامترهای ذکر شده، می‌توان با شبیه‌سازی فرایند ماشینکاری الکتروشیمیای، ضمن کاهش هزینه‌ها با صرف زمان کمتری بر این مشکل غلبه نمود. لذا در این مقاله میزان انحلال آندی فرآیند ماشینکاری الکتروشیمیایی در هر گام زمانی توسط روش‌ المان محدود مدل‌سازی و در نتیجه فرآیند ماشینکاری شبیه‌سازی شده است. سپس با استفاده از نتایج مدل شبیه‌سازی شده و روش حساسیت، الگوریتم استخراج شکل بهینه ابزار جهت رسیدن به قطعه‌کار مورد نظر بیان گردیده است. نتایج بدست آمده گویای توانایی بسیار بالای روش پیشنهادی در این تحقیق جهت شبیه‌سازی فرآیند الکتروشیمیایی و طراحی ابزار می‌باشد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Davydov AD, Volgin VM, Lyubimov VV (2004) Electrochemical machining of metals: fundamentals of electrochemical shaping. Russ J Electrochem 40(12): 1230-1265.

[2]  Rajurkar KP, Sundaram MM, Malshe AP (2013) Review of electrochemical and electrodischarge machining. Procedia CIRP: 613-26.

[3]  Pa PS, Hocheng H (2013) Electrochemical machining. In: Adv Analysis of Nontraditional Machining (107-257). Springer, New York.

[4]  H El-Hofy HAG (2013) Fundamentals of machining processes: conventional and nonconventional processes. CRC press.

[5] Klocke F, Zeis M, Klink A (2012, April) Technological and economical capabilities of manufacturing titanium-and nickel-based alloys via Electrochemical Machining (ECM). In Key Eng Mat 504: 1237-1242.

[6]  Klocke F, Zeis M, Klink A, Veselovac D (2012) Technological and economical comparison of roughing strategies via milling, EDM and ECM for titanium-and nickel-based blisks. Procedia CIRP 2: 98-101.

[7]  Tipton H (1964) in: Proceedings of the Fifth Machine Tool Design Conference. 2nd edn. Oxford: Pergamon Press.

[8]  Tipton H (1971) Calculation of tool shape for ECM in fundament of Electrochemical Machining. In Electrochemical Society Softbound Symposium Series, Princeton, Edited by Cl Faust.

[9] Chandrupatla TR, Belegundu AD (2002) Introduction to finite elements in engineering. 3rd edn. Prentice Hall.

[10] مروج س م، میرزایی ا، شیروانی ح (1385) شبیه­سازی ماشینکاری الکتروشیمیایی (ECM). چهاردهمین کنفرانس سالانه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان.

[11] قبادی م، فدایی تهرانی ع (1389) کاربرد روش المان محدود در طراحی ابزار ماشینکاری الکتروشیمیایی مغناطیسی. هجدهمین کنفرانس سالانه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه شریف، تهران.

[12] MPurcar M, Bortels L, Van den Bossche B, Deconinck J (2004) 3D electrochemical machining computer simulations. J Mat Proc Tech 149(1): 472-478.

[13] Kozak J, Rajurkar KP, Ross RF (1991) Computer simulation of pulse electrochemical machining (PECM). J Mat Proc Tech 28(1): 149-157.

[14] Lu J, Riedl G, Kiniger B, Werner EA (2014) Three-dimensional tool design for steady-state electrochemical machining by continuous adjoint-based shape optimization. Chem Eng Sci 106: 198-210.

[15] Barak-Shinar D, Rosenfeld M, Abboud S (2004) Numerical simulations of mass-transfer processes in 3D model of electrochemical sensor. J Electrochem Soc 151(12): H261-H266.

[16] Mcgeough JA (1974) principles of electrochemical machining. Wiley & Sons, New York.

[17] Bhattacharyya S, Ghosh A, Mallik AK (1997) Cathode shape prediction in electrochemical machining using a simulated cut-and-try procedure. J Mat Proc Tech 66(1): 146-152.

[18] Chang CS, Hourng L W (2001) Two-dimensional two-phase numerical model for tool design in electrochemical machining. J app electrochem 31(2): 145-154.

[19] Laporte E, Le Tallec P (2012) Numerical methods in sensitivity analysis and shape optimization. Springer Science & Business Media.