Geri Dön

Mechanics and thermal modeling of micro milling

Mikro frezelemenin mekaniği ve ısı modellemesi

PDF İndir

  1. Tez No: 414048
  2. Yazar: ALİ MAMEDOV
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 132

Özet

Mikro frezeleme hassas üretilmiş minyatür parçalara artan taleple birlikte biyomedikal, havacılık, optik, elektronik ve mikro kalıplar gibi ileri teknoloji endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bugünkü rekabetçi sanayi dünyasında, karmaşık geometriye sahip yüksek kaliteli mikro parçaların istenilen toleranslarda üretilmesini gerektirmektedir. Bu yüzden mikro frezeleme işleminin doğruluğu ve tekrarlanabilirliği son derece önemlidir. Bu tezin temel amacı mikro frezeleme işleminin fiziğini anlayarak endüstriyel uygulamalarda sürecin verimliliğini ve etkinliğini arttırmak amacıyla süreç mekaniğini modellemek, ısı modellemesini incelemek ve süreç en iyileştirmesini gerçekleştirmektir. Gerçekleştirilen araştırmanın esas katkısı kinematik analizde kullanılacak talaş kalınlık modellerinin incelenmesi ve mikro frezeleme için yeni bir kesme kuvveti modelinin geliştirilmesidir. Geliştirilmiş kesme kuvveti modeli kullanılarak ilerleme hızına dayalı süreç en iyileştirilmesi, takım deformasyonu, kesme sıcaklıkları ve iş parçası çarpılmaları modellemesi yapılmıştır. Literatürde çeşitli kinematik analizlerden türetilmiş mikro frezeleme için talaş kalınlığı modelleri mevcuttur. Geliştirilmiş modeller arasında mikro frezelemeye en uygun olanı kuvvet modellemesi üzerindeki etkisi doğrudan incelenerek seçilmiştir. Seçilen talaş kalınlığı modeli ve mekanistik kesme katsayıları kullanılarak, kesme ve kazımadan doğan kuvvetleri dikkate alan yeni kuvvet modeli geliştirilmiştir. Helis açısını ölçmek için lazer ve kesici ağız yarıçapını ölçmek için Beyaz Işık İnterferometresi kullanılarak kesme ağzı geometrisi detaylı modellenmiştir. Geliştirilen kuvvet modelini doğrulamak için farklı kesme koşullarında kesme deneyleri gerçekleştirilmiştir. FEM yöntemi kullanılarak takım deformasyonunu ölçmek için yeni matematiksel model geliştirilmiştir. Takım, tutucuda sabitlenen kiriş olarak kabul edilmiş ve yayılı yük altında takımın FEM analizi için Timoşenko çubuk teorisi kullanılmıştır. Kesme sırasında takım deformasyonunu ölçmek ve geliştirilen matematiksel modeli doğrulamak için iki lazerli özel düzenek tezgâh ana miline bağlanmıştır. Süreç verimliliğini artırmak ve işleme zamanını azaltmak için kesme kuvvet esaslı ilerleme hızı zamanlama algoritması geliştirilmiştir. Bu algoritma, basit ve karmaşık yüzeylerde hem düz hem de küresel uçlu frezeleme takımlarıyla test edilmiştir. Önerilen model kullanılarak, her kesme noktası için ilerleme hızı çevrim dışı olarak hesaplanabilmektedir. Takım aşınmasını, artık gerilmelerin oluşumunu, üç boyutlu iş parçası çarpılmalarını, geometrik ve ölçü hassasiyetlerini doğrudan etkiledikleri için mikro frezeleme esnasında takım ve iş parçası sıcaklıkların modellenmesi önemlidir. İşleme esnasında oluşan kesme sıcaklıkları yeni hibrid sonlu elemanlar modeli ile öngörülmektedir. Sıcaklık simülasyonları Ti-6Al-4V iş parçasının mikro frezelemesi esnasında termokupl ölçümlerle doğrulanmıştır. Son olarak, mikro frezeleme esnasında oluşan ince duvar çarpılmaları incelenmiştir. İnce duvar çarpılmalarını modellemek için yeni strateji geliştirilmiştir. Önerilen stratejinin yeniliği çarpılma modellemesi esnasında ısıl ve mekanik yüklerin etkilerini birleştirmesidir. Geliştirilen model mikro frezeleme deneyleri ve Beyaz Işın İnterferometresi ölçümleri ile doğrulanmıştır.

Özet (Çeviri)

Micro milling is widely used in high-tech industries such as biomedical, aerospace, optics, electronics and die-mold with the increasing demand for precisely manufactured miniature parts. In today's competitive industrial world, the manufacturing of high quality miniature parts having complex free form geometry with very tight tolerances is required. Therefore, surface and subsurface integrities, accuracy and repeatability of the micro machining process are critical. The main aim of this research thesis is to shed light on the mechanics and thermal aspects of micro milling in order to increase the efficiency and effectiveness of the process in industrial applications by understanding the micro milling physics. The contribution of this research is in the investigation of uncut chip thickness models and developing a cutting force model for micro milling. In this thesis, it is shown that based on the developed cutting force model, the cycle time of the process can be improved by scheduling the feedrate. Understanding and modeling the micro milling mechanics also helps to predict the micro tool deflection. Thermal modelling also allows predicting the temperature fields and machining induced micro thin part distortions. There are different chip thickness models derived from various kinematic analyzes for the micro milling in the literature. The most accurate chip thickness model for micro milling is selected by examining their direct effect on predictions of cutting forces. Using selected uncut chip thickness model and mechanistic cutting force coefficients a novel cutting force model is developed considering cutting forces formed due to shearing and ploughing dominant regimes. The geometry of the cutting flute is precisely modeled by scanning the tool using a laser sensor for determining the helix angle and using White Light Interferometer for determining edge radius. In order to validate the force model, the set of cutting experiments under different cutting conditions is performed. A new mathematical model for estimation of tool deflection in micro milling process using the FEM method is proposed. The tool is considered as a cantilever beam supported in the tool holder. The Timoshenko element beam is used for FEM analysis of the tool under distributed cutting force load. Specially designed setup with two laser displacement sensors is attached to the spindle of the machine to monitor the instantaneous tool deflection and to validate the mathematical model of tool deflection. In order to increase the productivity by decreasing the machining cycle time, an offline force based feedrate scheduling algorithm is proposed. This algorithm is tested on both flat and ball end mill for complex freeform geometries. Using the proposed model, the feedrate can be defined offline for each cutter location (CL) point accordingly. Prediction of the workpiece and tool temperature fields in micro milling of Titanium is important, due to the fact that not only the temperature in machining affects the tool wear, but also the temperature fields have direct influence on the residual stresses, the 3D distortions, dimensional and geometrical accuracy of micro parts. The cutting temperatures are predicted by new hybrid finite element model. Temperature simulations are validated by the thermocouple measurements in micro milling of Ti-6Al-4V. Finally, modeling micro milling induced distortions during thin wall machining is thoroughly investigated. A new strategy is proposed to estimate deflection of the thin wall. The novelty of the proposed strategy lies in combining thermal and mechanical effects during distortion modeling. The presented approach is validated experimentally through micro milling cutting experiments and White Light Interferometer measurements.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    392273

    Modeling of grinding process mechanics

    Taşlama operasyonu mekaniğinin modellenmesi

    DENİZ ASLAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Makine MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERHAN BUDAK

  2. Tez No

    333185

    A novel hybrid model for oblique machining induced residual stresses and distortions on thin parts

    Artık gerilmelerin, talaşlı imalatta üretilmiş parçaların üretim performanslarında önemli bir rolü vardır

    FERGANİ OMAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Makine MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU

  3. Tez No

    688553

    An experimental study on contactless support structures for laser powder bed fusion process

    Lazer toz yatak ergitme prosesi için kullanılan temassız destek yapılarının üzerine deneysel bir çalışma

    ALİCAN ÇELİK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET ŞEREF SÖNMEZ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ EVREN YASA

  4. Tez No

    880043

    Developing high-efficiency ternary thermoelectric phosphides in the systems Ca-Ag-P and Ca-Cu-P

    Ca-Ag-P ve Ca-Cu-P sistemlerinde yüksek verimli üçlü termoelektrik fosfitlerin geliştirilmesi

    MELİS AKTÜRK AKTAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    KimyaKoç Üniversitesi

    Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. UMUT AYDEMİR

  5. Tez No

    638082

    Klasik ve mikrogermeli ortam teorisiyle modellenen plaklarin caputo kesirli türevi yardimiyla nonlokal titreşim analizi

    Nonlocal vibration analysis of classic and microstretch plates with the help of caputo fractional derivative

    SONER AYDINLIK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Matematikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Matematik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET KIRIŞ

Geri Dön