بررسی و بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر زبری سطح در فرایند نانوماشین‌کاری مس تک کریستال با استفاده از روش دینامیک مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی/دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد

2 دانشجوی دکتری/دانشگاه یزد

چکیده

زبری سطح از مشخصه‌های بسیار مهم در ماشین‌کاری در ابعاد نانو می‌باشد. به دلیل استفاده از محصولات در ابعاد نانومتر جهت بکارگیری در مجموعه‌هایی که به دقت بالا در حد کسری از نانومتر نیاز دارند، باید در انتخاب پارامترهای ماشین‌کاری مؤثر بر زبری سطح دقت شود. در این پژوهش، با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی، ماشین‌کاری قطعه کاری از جنس مس تک کریستال به وسیله ابزارهایی از جنس الماس با هندسه‌های مختلف بررسی شده و زبری سطح نهایی محاسبه شده است. اثر پارامترهای ماشین‌کاری همچون عمق براده‌برداری و سرعت برشی به همراه پارامترهای وابسته به هندسه ابزار از قبیل زاویه براده، زاویه آزاد اصلی و شعاع نوک آن بر روی زبری سطح با محاسبه زبری میانگین (R_a) و ریشه میانگین مربعات (RMS) مورد بررسی قرار گرفته‌اند. به منظور بررسی دقیقتر تأثیر پارامترها و اثر متقابل آنها بر یکدیگر از روش تاگوچی برای طراحی آزمایش‌ها استفاده شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان داده است که هر دو پارامتر زبری میانگین و ریشه میانگین مربعات، بیشترین تأثیر بر زبری سطح قطعه‌کار را ناشی از عمق براده‌برداری پیش‌بینی می‌کنند. براساس نتایج ارائه گردیده، مشخص شده است که زبری سطح در شرایط ماشین‌کاری مختلف بر اساس انتخاب پارامترها می‌تواند بهبود یابد و لازم است قبل از انتخاب این پارامترها، شرایط آنها در کنار یکدیگر به خوبی بررسی گردند. همچنین، در نهایت با استفاده از روش تاگوچی، مقادیر بهینه پارامترهای براده‌برداری برای دستیابی به بهترین صافی سطح در ابعاد مشخص به شرح v=500 m⁄s d=10 Å ، γ=-15° ، β=10° ، r=15 Å ، بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation and optimization of parameters affecting surface roughness in single crystal copper nanomachining process using molecular dynamics method

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mahdi Jalili 1
  • Hojjatollah Tavari 2
1 Associate Professor/ Mechanical engineering department, Yazd University, Yazd, Iran
2 PhD student/Yazd University
چکیده [English]

Surface roughness is one of the most important features in nanoscale machining. Due to the use of nanometer-sized products for use in assemblies that require extremely high accuracy at a fraction of a nanometer, care must be taken in selecting machining parameters that affect the surface roughness. In this study, using molecular dynamics simulations, the machining of a single-crystal copper workpiece by diamond tools with different geometries has been investigated and the final surface roughness has been calculated. The effect of machining parameters such as cutting depth and cutting speed along with parameters related to tool geometry such as rake angle, relief angle and tip radius on surface roughness have been investigated with average roughness (R_a) and root mean square (RMS) measuring instruments. In order to study more precisely the effect of parameters and their interaction with each other, Taguchi method has been used to design experiments. The simulation results show that both the average roughness and root mean square parameters predict the greatest effect on the surface roughness of the workpiece due to the depth of cutting. Based on the presented results, it has been determined that the surface roughness can be improved in different machining conditions based on the selection of parameters, and it is necessary to carefully examine their conditions together before selecting these parameters. Using the Taguchi method, the optimal values of cutting parameters to achieve the best surface roughness in specified dimensions are described as
r=15 Å ،β=10° ،γ=-15° ،d=10 Å ،v=500 m⁄s was obtained.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanomachining
  • Single crystal copper
  • Molecular dynamic method
  • Surface roughness
  • Taguchi Method