مطالعه تجربی و عددی تأثیر هندسه ابزار بر مشخصه ریزشکست ها در ماشینکاری میکرونانو ساختار ترد متخلخل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی مکانیک

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

3 دانشگاه کی ئو، دانشکده علوم و تکنولوژی، گروه مهندسی مکانیک

چکیده

مواد با ساختار متخلخل نسل جدید از مواد مهندسی هستند که کاربردشان در دهه اخیر به سرعت در حال رشد است. با این وجود ساختار متخلخل محدودیت های نیز در فرآیند ساخت این مواد ایجاد کرده است. یکی از چالش های اصلی در برشکاری مواد متخلخل ترد وجود ریزشکست ها در اطراف حفره ها است که به شدت بر کیفیت سطح قطعه نهایی تأثیرگذار است. در این تحقیق تلاش شده‌است تا تأثیر زاویه براده ابزار بر روی میزان شکست ترد اطراف حفره ها در قطعات سیلیکونی متخلخل مورد بررسی قرار گیرد. نتایج نشان می دهد که کاهش زاویه براده، ریز شکست ها در اطراف حفره ها را افزایش می دهد که این به نوبه خود بر فشار برشکاری تأثیرگذار است. نتایج محاسبه فشار تماس در منطقه برشکاری نشان از کاهش فشار کل در منطقه تماس با کاهش زاویه براده را دارد. افزایش ریزشکست ها، براساس افزایش تنش کششی در زیرِ لبه ابزار در زمان نزدیک شدن ابزار به حفره توضیح داده می شود. یافته های آزمایشگاهی با شبیه‌سازی المان محدود نیز مورد تأیید قرار گرفتند. در پایان نتایج آزمایشات تأیید می کند که با تنظیم زاویه براده ابزار در برشکاری قطعات سیلیکونی متخلخل، می توان به کیفیت سطحی تا حدود 25 نانو دست یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An experimental and numerical study of tool geometry effect on microfracture characteristics in micro/nano machining of brittle porous structure

نویسندگان [English]

  • Mehdi Heidari 1
  • Javad Akbari 2
  • Jiwang Yan 3
1 School of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology
2 School of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology
3 Department of Mechanical Engineering Faculty of Science and Technology Keio University
چکیده [English]

Porous materials are a special class of engineering materials which have received increasing interest for technical and medicinal applications within the last decade. However, one of the main challenges in the cutting of porous structure is the microfractures occurred around pores having a profound impact on the final surface quality. In this study, the effect of tool geometry on the magnitude of microfractures around pores of porous silicon has been investigated. The results reveal that as rake angle decreases, microfractures around pore edges increase influencing the cutting pressure. The calculated pressure in the contact area shows a decrease as the rake angle decreases. Increase in microfractures can be explained based on a large tensile stress area formed beneath the tool cutting edge as tool tip feeds toward pore. The simulation results agree well with the experimental results. The findings also reveal that by choosing the optimal tool rake angle in the cutting process, a nanometric surface flatness (25 nanometer) can be achieved on porous silicon.n.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Micro/nano machining
  • Brittle porous structure
  • microfractures
  • Surface Quality
  • Tool geometry