تحلیل ارتعاشات سیم برش در دستگاه وایرکات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

10.22034/ijme.2023.401485.1795

چکیده

در این پژوهش عوامل مؤثر بر دامنه‌ی ارتعاشات سیم در دستگاه وایرکات با استفاده از معادلات ریاضی حاکم بر ارتعاشات سیم بررسی شده و راهکارهایی برای به حداقل رساندن دامنه‌ی این ارتعاشات در هنگام ماشین‌کاری ارائه شده است. در نتیجه‌ی کاهش دامنه‌ی ارتعاشات در هنگام ماشین‌کاری، دقت برش بالا می‌رود و می‌توان برش‌هایی با سطح نهایی صاف‌تر پدید آورد. سیم برش دستگاه وایرکات به صورت یک تیر دو سر گیردار اویلر-برنولی متحرک با سرعت ثابت در امتداد سیم مدل‌سازی شده است و معادلات حاکم بر ارتعاشات آن با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده است. سیم تحت تاثیر نیروهای مختلفی از قبیل نیروی حجمی حاصل از تخلیه‌ی الکتریکی بار بین سیم برش و قطعه‌ی کار، میرایی حاصل از مایع دی‌الکتریک، نیروی ناشی از گرمای ایجاد شده در ناحیه‌ی ماشین‌کاری و نیروی کشش محوری سیم قرار دارد. معادلات دیفرانسیل پاره‌ای حاکم بر ارتعاشات سیم برش با روش گلرکین به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل و سپس حل شده است. نتایج این پژوهش نشان داده است که با افزایش نیروی کشش محوری، کاهش فرکانس تخلیه‌ی بار الکتریکی، کاهش فاصله‌ی بین هادی‌ها، کاهش دمای ایجاد شده در سیم و کمتر کردن ضخامت قطعه کار می‌توان دامنه‌ی ارتعاشی سیم را در حین ماشین‌کاری کاهش داد. نتایج نشان می‌دهد که افزایش دما به میزان 70 درجه در نیروی محوری 5/17 نیوتن می‌تواند منجر به افزایش 60 درصدی دامنه ارتعاشات سیم شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Vibration analysis of the wire tool in wire-cut EDM

نویسندگان [English]

  • Vahid Zare 1
  • Abbas Mazidi 2
  • Ghasem Amirian 3
1 Graduate MSc, Department of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
3 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده [English]

Cutting with high accuracy is possible using wire electrical discharge machining or WEDM. Nonetheless, while machining parts, amplitude of vibration causes inaccuracy of cutting. The main topic of this research is investigating the factors affecting amplitude of vibration of the wire-tool in WEDM using mathematical governing equation of motion of wire electrode. Hence, machining and finding ways to reduce the amplitude of vibration is the main purpose of this research. The consequence of reducing amplitude of wire vibration is cutting with higher accuracy and having smoother finished surface. In this research, the governing equations of motion of the wire-tool vibration are obtained using the Euler-Bernoulli beam model, fixed at both ends and moving in axial direction. The wire undergoes different forces including the body force produced by electrical discharge, damping force caused by the dielectric fluid, thermal force produced in the machining area and the axial force. Thereafter, the partial differential equation of motion of the wire-tool is converted to an ODE equation using Galerkin's method and then it will be solved using fourth order Runge-Kutta method. The results of this research show that the amplitude of vibration can be decreased by increasing the axial force and the decreasing of electrical discharge frequency, wire length, temperature differences and reduction of the workpiece width. Also, the results show that increasing the temperature by 70 degrees in the axial force of 17.5N can lead to a 60% increase in the vibration amplitude of the wire. Also, the results show that increasing the temperature by 70 degrees in the axial force of 17.5N can lead to a 60% increase in the vibration amplitude of the wire.

کلیدواژه‌ها [English]

  • WEDM
  • Wire-tool Vibration
  • Wire-tool Velocity
  • Workpiece Width

مراجع

[1] Mohri N, Fukuzawa Y, Tani T, Sata T. Some considerations to machining characteristics of insulating ceramics-towards practical use in industry. CIRP Annals. 2002 Jan 1;51(1):161-4. doi: 10.1016/S00078506(07)61490-5
[2] Mohri N, Yamada H, Furutani K, Narikiyo T, Magara T. System identification of wire electrical discharge machining. CIRP Annals. 1998 Jan 1;47(1):173-6. doi: 10.1016/S0007-8506(07)62811-X
[3] Andhare AB, Jithin EV. Analysis of wire vibration in wire electric discharge machining process. Journal of Vibration Engineering & Technologies. 2015 Oct 1;3(10):627-35.
[4] Yamada H, Mohri N, Furutani K, Saito N, Magara T. Modal analysis of wire electrode vibration in wire-EDM.  Journal of The Japan Society of Electrical Machining Engineers. 1997 Mar 31;31(66):1-7. doi: 10.2526/jseme.31.1
[5] Habib S, Okada A. Study on the movement of wire electrode during fine wire electrical discharge machining process. Journal of Materials Processing Technology. 2016 Jan 1; 227:147-52. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2015.08.015
[6] Habib S. Optimization of machining parameters and wire vibration in wire electrical discharge machining process. Mechanics of Advanced Materials and Modern Processes. 2017 Dec; 3(1):1-9. doi: 10.1186/s40759-017-0017-1
[7] Rao Singiresu S. Vibration of continuous systems. 2nd ed. New York: Wiley; 2007.
[8] Meirovitch L. Methods of analytical dynamics. Courier Corporation; 2010.
[9] De Lacalle NL, Mentxaka AL, editors. Machine tools for high performance machining. Springer Science & Business Media; 2008.
[10] F. P. Beer, R. Johnston, J. Dewolf, D. Mazurek, Mechanics of Materials, 5th ed. New York: McGraw-Hill; 2013.
[11] Koyano T, Takahashi T, Tsurutani S, Hosokawa A, Furumoto T, Hashimoto Y. Temperature measurement of wire electrode in wire EDM by two-color pyrometer. Procedia CIRP. 2018 Jan 1; 68:96-9. doi: 10.1016/j.procir.2017.12.029
[12] Wei S, Kao I. Vibration analysis of wire and frequency response in the modern wiresaw manufacturing process. Journal of Sound and vibration. 2000;231(5):1383-95. doi: 10.1006/JSVI.1999.2471

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار