Modeling and analysis of distortion in milling of aerospace parts
Havacılık ve uzay parçalarının frezelenmesinde distorsiyonun modellenmesi ve analizi
- Tez No: 836721
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 182
Özet
Hassas işlenmiş parçaların çarpılması, havacılık endüstrisinde sürekli bir sorundur. Especially in the case of large, thin-walled machined structural components, post-machining deformations cause billions of dollars in losses to the aerospace industry. Çarpılmaların kontrolü, bu parçaların kalitesini ve sürecin verimliliğini sağlamak için çok önemlidir. Üretim işleminin etkili kontrolü, işleme sonrasında iş parçasındaki çarpılmayı tahmin etmek için verimli modeller ve simülasyon teknikleri gerektirir. İşleme sırasında oluşan çok yüksek kesme kuvveti ve sıcaklık yükleri, iş parçasını çeşitli şekillerde etkiler. Bu kesme yükleri, iş parçasının ve takımın malzemesinin kesme parametreleri ve özellikleri ile doğrudan ilişkilidir. Ayrıca, iş parçası malzemesinin ilk gerilim durumu da bozulma davranışını belirler. Tüm bu faktörlerin doğru bir şekilde modellenmesi, iş parçasının bozulmasının kesin olarak tahmin edilmesi için çok önemlidir. Frezeleme, havacılık parçalarının işlenmesi için çok önemli bir süreçtir. Bu tezde, sürecin çeşitli yönlerinin verimli bir şekilde tahmin edilmesi için freze işleminin modellenmesi gerçekleştirilmiştir. İş parçasının kesme sıcaklığını tahmin etmek için yeni bir analitik algoritma önerilmiştir. Önerilen algoritma, kesici takımın devrede olmadığı zamanlarda iş parçasının sıcaklığındaki düşüşü usulüne uygun olarak dahil ederek iş parçası sıcaklığının doğru hesaplanmasına olanak tanır. Bu tezin bir başka yeni katkısı, ince duvarlı iş parçalarının işlenmesindeki çarpılmaları tahmin etmek için hibrit bir FEM-analitik modeli geliştirmektir. Model, kesme yüklerinin etkisinin yanı sıra malzemenin başlangıçtaki toplu artık gerilmelerini de göz önünde bulundurur. Malzemenin başlangıç gerilmeleri, çatlak uyumu yöntemi kullanılarak ölçülürken, talaşlı imalattan kaynaklanan yükler analitik olarak hesaplanır. Bu yükleri bir FEM modeline dahil etmek için yeni bir strateji tasarlanmıştır. Önerilen modellerin sonuçları talaşlı üretim deneyleri ile doğrulanmıştır. Bu tezin bir diğer katkısı, düşük maliyetli bir kızılötesi sensör kullanarak işleme sürecinin izlenmesi için yeni bir yöntemin geliştirilmesidir. İşleme sürecinin üç kritik yönü yani takım aşınması, tırlama ve iş parçası deformasyonları, tek bir kızılötesi sensör kullanılarak tespit edilir. Sensörden toplanan verileri analiz etmek için zaman ve frekans alanlarında farklı sinyal işleme teknikleri uygulanmaktadır. Önerilen yöntemin sonuçları talaşlı imalat deneyleri yapılarak doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
The issue of distortion of parts manufactured by machining is a long-standing problem in the aerospace industry. Especially in the case of large, thin-walled machined structural components, post-machining distortions result in a loss worth billions of dollars to the aerospace industry. Control of distortions is, therefore, very critical to ensure the conformity of these parts and the efficiency of the process. Effective control of the process necessitates efficient models and simulation techniques for predicting distortion of the workpiece after machining. Very high cutting force and temperature loads generated during machining affect the workpiece in several ways. These cutting loads are dictated by the parameters of machining and the material characteristics of the cutting tool and the workpiece. Moreover, the initial stress of the blank also dictates the distortion behavior. Accurate modeling of all these factors is crucial to the precise prediction of distortion of the workpiece. Milling is a very important process for the machining of aerospace parts. In this thesis, modeling of the milling process is carried out for efficient prediction of various aspects of the process. A novel analytical algorithm is proposed to predict the cutting temperature of the workpiece. The proposed algorithm allows accurate calculation of the workpiece temperature by duly incorporating the drop in temperature of the workpiece during the non-engagement periods of the cutting tool. Another novel contribution of this thesis is developing a hybrid FEM-analytical model for predicting distortions of machined thin-walled parts. The model considers loads due to cutting as well as the effect of the initial bulk residual stresses of the material. The measurement of the initial stresses of the material is carried out by the crack compliance method, whereas machining-induced loads are calculated analytically. A novel strategy is devised to incorporate these loads in a FEM model. The results of the proposed models are validated with machining experiments. Another contribution of this thesis is the development of a novel method for monitoring of the machining process using a low-cost infrared sensor. Three critical aspects of the machining process, i.e., tool wear, chatter, and workpiece deformations, are detected using a single infrared sensor. Different signal processing techniques are applied in time and frequency domains to analyze the data collected from the sensor. The results of the proposed method are verified by carrying out machining experiments.
Benzer Tezler
- Mechanics and thermal modeling of micro milling
Mikro frezelemenin mekaniği ve ısı modellemesi
ALİ MAMEDOV
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- 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
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ŞEREF SÖNMEZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ EVREN YASA
- Takım ve iş parçası dinamik esnekliğine göre talaşlı işleme kararlılığı
Machining stability considering tool and workpiece dynamic flexibility
KADİR KIRAN
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET CENGİZ KAYACAN
PROF. DR. MUSTAFA REŞİT USAL
- Modeling and analysis of the reliability of contingency logistic network: A Multi-dimensional knapsack approach
Beklenmedik durumlar lojistik ağının güvenirliğinin analizi ve modellenmesi: Bir çok boyutlu sırtçantası yaklaşımı
MEHMET MİMAN
Doktora
İngilizce
2008
Mühendislik BilimleriUniversity of ArkansasEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EDWARD A. POHL
- Faz bileşenleri ve çok-uçlu eleman kavramı yardımı ile 3-fazlı dağıtım şebekelerinin harmonik analizi
Harmonic analysis of 3-phase distribution networks by utilizing concept of multi-terminal components and phase coordinates
ÖMER GÜL
Doktora
Türkçe
2001
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. ADNAN KAYPMAZ