Thermal modelling of oblique cutting process

Abstract

Talaşlı imalat (tornalama, frezeleme, taşlama ve delme vb. ) en son parça geometrilerinin oluşturulmasında en yaygın olarak kullanılan üretim tekniğidir. Parça kalitesinden ödün vermeyecek şekilde birim zamanda üretilen ürün adedinin ve üretim sürecinin veriminin arttırılması günümüzün rekabetçi üretim koşullarında bir gereklilik haline gelmiştir. Talaşlı imalat bir üretim süreci olarak bu bağlamda ele alındığında, fizik temelli süreç modelleme ve talaşlı imalat parametrelerinin eniyilenmesi meseleleri oludkça önemli hale gelmiştir.Yapılan yüksek lisans tez çalışmasında, oblik metal kesme süreci için yeni bir sıcaklık modelleme yaklaşımının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Geliştirilen model değişik kesme koşulları, kesici takım geometrilerine uygulanabilmektedir. Tez çalışması iki temel kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda oblik kesme ve tornalama mekaniği ele alınmıştır. Bu kısımdaki mekanik analizlerde ortogonal kesme mekaniğini oblik kesme mekaniğine dönüştürme yaklaşımı kullanılmıştır. İlk kısımın çıktıları sıcaklık anazlilerinin yapılması için gereken mekanik ve geometrik bilgileri sağlamıştır. İkinci kısımda, sıcaklık analizleri anlatılmıştır. Sıcaklık hesaplamaları sonlu fark yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Ayrıca bu kısımda, geliştirilmiş olan oblik metal kesme sıcaklık modelinin tornalama işlemine uygulanması anlatılmıştır. Torna kesme geometrisi bir çok basit oblik kesme geometrisine bölünerek takım, talaş ve parça için hesaplamalar yapılmışıtır.Hesaplama sonuçları literatürdeki deneysel verilerle doğrulanmış ve sonuçlar deneysel verilerle kabul edilebilir miktarda örtüşmüştür. Geliştirilmiş yaklaşım metal kesmedeki yüksek sıcaklıkları önlemek için eniyi keseme parametrelerinin, takım geometrisinin ve malzemesinin seçilmesi sürecinde kullanılabilecek bir araçtır.

Machining processes such as turning, milling, drilling, grinding etc. are the most widespread processes for producing final shapes of the discrete parts. In today?s competitive manufacturing environment, increasing productivity without sacrificing from part quality is an obligation. Considering machining from this point of view, physics based modelling of machining process and optimization of process parameters gain importance.The aim of this thesis is to develop a novel temperature prediction model that is applicable to oblique cutting processes in variable cutting conditions. Thesis consists of two main parts. In first part mechanics of oblique cutting and mechanics of turning process is presented. Orthogonal to oblique transformation procedure is used in mechanical analysis. Mechanical and geometric outputs of first part are utilized in thermal model as simulation inputs. In second part of the thesis, thermal modelling approach is introduced. A finite difference method based approach is followed in modelling of cutting temperatures. Oblique cutting process model is applied to prediction of turning temperatures by splitting turning geometry in to oblique cutting segments. This block by block modelling approach allows representing a complex problem with simpler subparts. Then, tool, chip and workpiece temperatures are calculated.Predicted temperature values are validated by using the data available in literature. Simulation results showed that average temperatures on rake face are in acceptable agreement with experimental results. Proposed solution method can be utilized in selecting optimum processing parameters, tool geometry and tool material in order to avoid excessive tool temperatures.