Επίδραση του Μοντέλου Τριβής και του Μοντέλου του Υλικού στα Αποτελέσματα της Προσομοίωσης της Μικροκοπής με τη Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται ένα σύγχρονο θέμα όπως είναι ο τομέας της Μικρομηχανικής. Η ζήτηση στις μέρες μας είναι ολοένα αυξανόμενη για μικροεξαρτήματα της τάξης των μm. Το ενδιαφέρον των ερευνητών έχει στραφεί στη μελέτη και την επίδραση που έχουν διάφορες παράμετροι όπως είναι οι δυνάμεις κοπής, η κατανομή των τάσεων κτλ. Για να διεξαχθεί μια τέτοια μελέτη απαιτείται η κατασκευή μοντέλων και η διεξαγωγή προσομοιώσεων. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή ενός μοντέλου μικροκοπής και η εξέταση της επίδρασης διαφόρων θεωριών για την μοντελοποίηση της τριβής και της καταστατικής εξίσωσης του τεμαχίου.

Κατά την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας κατασκευάστηκε με τη μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων και με τη χρήση του υπολογιστικού πακέτου MSC.Marc που διέθετε προς χρήση το εργαστήριο του Τομέα Τεχνολογίας των Κατεργασίων, ένα θερμομηχανικό μοντέλο μικροκοπής. Στο πρώτο μέρος της διπλωματικής εργασίας διεξήχθησαν με το παραπάνω μοντέλο δύο προσομοιώσεις με δύο διαφορετικές τιμές πρόωσης. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες τιμές των πειραματικών αποτελεσμάτων, καθώς επίσης και με τις τιμές των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων εργασιών άλλων ερευνητών.

Στη συνέχεια μελετήθηκε η μοντελοποίηση της τριβής. Στο μοντέλο που παρουσιάστηκε στο πρώτο μέρος εφαρμόστηκαν δύο μοντέλα τριβής. Το μοντέλο τριβής του Coulomb και το μοντέλο τριβής Stick Slip του Zorev. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων αυτών συγκρίθηκαν μεταξύ τους σχετικά με τα δύο μοντέλα τριβής.

Στο τελευταίο μέρος της παρούσας διπλωματικής μελετήθηκε η μοντελοποίηση του υλικού του τεμαχίου. Διεξήχθησαν δύο προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας το Μοντέλο υλικού των Johnson-Cook για δύο διαφορετικούς τύπους τριβής.

This thesis deals with a contemporary issue as is the area of Micromechanics. Nowadays, the demand for components in micro regime is increasing more and more. The interest of researchers has focused on the study and the influence of various parameters such as cutting forces, the stress distribution, etc. To carry out such a study requires the construction of models and carrying out simulations. The aim of this thesis is to create a microcutting model and examine the influence of various theories about modeling the friction and the constitutive equation of the material of the workpiece.

During this thesis a thermomechanical microcutting model was constructed via the Finite Element Method by using the software package MSC.Marc, that is offered by the laboratory of the Department of Manufacturing Technology. In the first part of this thesis two simulations with two different values of feed rates were carried out in the above model. The results were compared with the corresponding values of the experimental results, as well as with the results obtained from the simulations of other researchers.

Afterwards, the modeling of friction was studied. In the model presented in the first part two friction models were applied. The friction model of Coulomb and the friction model Stick Slip of Zorev. The results of these simulations were compared on the two friction models .

In the last part of this thesis the modeling of the material of the workpiece was studied. Two simulations were carried out using the material model of Johnson-Cook for two different types of friction .