پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 7 |
| تعداد شماره‌ها | 399 |
| تعداد مقالات | 5,389 |
| تعداد مشاهده مقاله | 5,288,208 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,882,946 |
شبیه‌سازی و بهینه‌سازی کیفیت سطح و نیروهای براده‌برداری فرایند نانوشخم زنی دینامیکی مس تک بلوری با استفاده از روش دینامیک مولکولی | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| دوره 55، شماره 12، اسفند 1402، صفحه 1443-1464 اصل مقاله (3.41 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2024.22666.7657 | ||
| نویسندگان | ||
| حجت اله طواری؛ محمد مهدی جلیلی بهابادی* | ||
| دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران | ||
| چکیده | ||
| زبری سطح از جمله مشخصه‌های بسیار مهم در محصولات نانوبراده‌برداری می‌باشد. یکی از پارامترهایی که همواره تأثیر زیادی بر کیفیت سطح داشته، نیروهای ناشی از فرایند نانوبراده‌برداری می‌باشد. در این پژوهش، با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی در نرم‌افزار لمپس، فرایند نانوشخم‌زنی دینامیکی قطعه کاری از جنس مس تک بلوری به وسیله ابزاری از جنس الماس بررسی شده و کیفیت سطح تولیدی و نیروهای براده‌برداری به عنوان دو پارامتر هدف مورد بررسی قرار گرفته است. اثر پارامترهای فرایند نانوشخم‌زنی دینامیکی همچون عمق براده‌برداری، دامنه و فرکانس نوسان ابزار براده‌برداری بر روی نیروی براده‌برداری و زبری سطح با محاسبه زبری میانگین بررسی شده است. همچنین به منظور بررسی دقیقتر تأثیر پارامترها و اثر متقابل آنها بر یکدیگر از روش تاگوچی برای طراحی آزمایش‌ها استفاده شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان داده است که به ترتیب مشخصه‌های عمق براده‌برداری، دامنه و فرکانس نوسان ابزار براده‌برداری بیشترین تأثیر بر روی زبری سطح و نیروهای براده‌برداری دارند. براساس نتایج ارائه گردیده، مشخص شده است که زبری سطح در شرایط ماشین‌کاری مختلف بر اساس انتخاب پارامترها می‌تواند بهبود یابد و لازم است قبل از انتخاب این پارامترها، شرایط آنها در کنار یکدیگر به خوبی بررسی گردند. همچنین، در نهایت با استفاده از روش تاگوچی، مقادیر بهینه پارامترهای شخم‌زنی دینامیکی برای دستیابی به بهترین صافی سطح و کمترین نیروی براده‌برداری در ابعاد مشخص به شرح عمق براده‌برداری 2/5 آنگستروم، دامنه نوسان 0/1 آنگستروم و فرکانس نوسان 50 کیلوهرتز بدست آمد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| شخم‌زنی دینامیکی؛ روش دینامیک مولکولی؛ زبری سطح؛ روش تاگوچی؛ مس تک بلوری | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Simulation and optimization of surface roughness and cutting force in dynamic ploughing process of single crystal copper using molecular dynamics method | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Hojatollah Tavari؛ Mohammad Mahdi Jalili Bahabadi | ||
| Mechanical engineering department, Yazd University, Yazd, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Surface roughness is one of the most important characteristics in nano machining products. In this paper, using molecular dynamics simulation in LAMMPS software, the process of dynamic nano ploughing of the single-crystal copper workpiece is investigated by a diamond tool, and the quality of the production surface and cutting forces were investigated as two target parameters. The effect of parameters of the dynamic nano-ploughing process such as depth of cut (DOC), amplitude (R), and frequency (ω) of cutting tool vibration on cutting force and surface roughness has been investigated by calculating average roughness (Ra). Also, in order to more closely examine the effect of parameters and their interaction with each other, the Taguchi method has been used to design experiments. The simulation results show that the characteristics of cutting depth, amplitude, and frequency of cutting tool vibration have the greatest effect on surface smoothness and cutting forces, respectively. Based on the presented results, it has been determined that the surface roughness can be improved in different machining conditions based on the selection of parameters, and it is necessary to check their conditions together well before selecting these parameters. Also, finally, by using the Taguchi method, the optimal values of dynamic ploughing parameters were obtained to achieve the best surface smoothness and the lowest cutting force in certain dimensions as described by DOC=2.5 Å, R=0.1 Å, and ω=50 KHz. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Dynamic ploughing, Molecular dynamic method, Surface roughness, Taguchi method, Single crystal copper | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
[1] K. Kumar, D. Zindani, N. Kumari, J.P. Davim, Micro and nano machining of engineering materials, Springer International Publishing, 10 (2019) 978-973. [2] N. Taniguchi, Current status in, and future trends of, ultraprecision machining and ultrafine materials processing, CIRP annals, 32(2) (1983) 573-582. [3] N. Kawasegi, N. Takano, D. Oka, N. Morita, S. Yamada, K. Kanda, S. Takano, T. Obata, K. Ashida, Nanomachining of Silicon Surface Using Atomic Force Microscope With Diamond Tip, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 128(3) (2005) 723-729. [4] A. Sharma, D. Datta, R. Balasubramaniam, Molecular dynamics simulation to investigate the orientation effects on nanoscale cutting of single crystal copper, Computational Materials Science, 153 (2018) 241-250. [5] A.O. Oluwajobi, Nanomachining technology development, University of Huddersfield, 2012. [6] J.P. Davim, M.J. Jackson, Nano and micromachining, Wiley Online Library, 2009. [7] X. Guo, Q. Li, T. Liu, R. Kang, Z. Jin, D. Guo, Advances in molecular dynamics simulation of ultra-precision machining of hard and brittle materials, Frontiers of mechanical engineering, 12 (2017) 89-98. [8] L.N. Abdulkadir, K. Abou-El-Hossein, A.I. Jumare, M.M. Liman, T.A. Olaniyan, P.B. Odedeyi, Review of molecular dynamics/experimental study of diamond-silicon behavior in nanoscale machining, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 98 (2018) 317-371. [9] L. Chen, A. Ahadi, J. Zhou, J.-E. Ståhl, Modeling effect of surface roughness on nanoindentation tests, Procedia CIRP, 8 (2013) 334-339. [10] S. Hatefi, K. Abou-El-Hossein, Review of single-point diamond turning process in terms of ultra-precision optical surface roughness, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 106 (2020) 2167-2187. [11] Z.-C. Lin, Z.-D. Chen, J.-C. Huang, Establishment of a cutting force model and study of the stress–strain distribution in nano-scale copper material orthogonal cutting, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 33 (2007) 425-435. [12] V.P. Astakhov, J.P. Davim, Machining: fundamentals and recent advances, Ecological machining: near-dry machining. Springer, Berlin, (2008). [13] https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/taguchi-method. [14] A. Panda, A.K. Sahoo, A.K. Rout, Investigations on surface quality characteristics with multi-response parametric optimization and correlations, Alexandria Engineering Journal, 55(2) (2016) 1625-1633. [15] Y.D. Yan, W.T. Liu, Z.J. Hu, X.S. Zhao, J.C. Yan, Effect of Sample Materials on the AFM Tip-Based Dynamic Ploughing Process, Advanced Materials Research, 314 (2011) 492-496. [16] W. Liu, Y. Yan, Z. Hu, X. Zhao, J. Yan, S. Dong, Study on the nano machining process with a vibrating AFM tip on the polymer surface, Applied Surface Science, 258(7) (2012) 2620-2626. [17] M. Lai, X. Zhang, F. Fang, Y. Wang, M. Feng, W. Tian, Study on nanometric cutting of germanium by molecular dynamics simulation, Nanoscale research letters, 8 (2013) 1-10. [18] P.-z. Zhu, Y.-z. Hu, T.-b. Ma, H. Wang, Study of AFM-based nanometric cutting process using molecular dynamics, Applied Surface Science, 256(23) (2010) 7160-7165. [19] X. Jin, W. Unertl, Submicrometer modification of polymer surfaces with a surface force microscope, Applied physics letters, 61(6) (1992) 657-659. [20] Y. He, Y. Geng, Y. Yan, X. Luo, Fabrication of nanoscale pits with high throughput on polymer thin film using afm tip-based dynamic plowing lithography, Nanoscale Research Letters, 12 (2017) 1-11. [21] G. Xiao, Y. He, Y. Geng, Y. Yan, M. Ren, Molecular dynamics and experimental study on comparison between static and dynamic ploughing lithography of single crystal copper, Applied Surface Science, 463 (2019) 96-104. [22] H. Liu, Y. Guo, D. Li, J. Wang, Material removal mechanism of FCC single-crystalline materials at nano-scales: Chip removal & ploughing, Journal of Materials Processing Technology, 294 (2021) 117106. [23] Y. Yan, Y. He, G. Xiao, Y. Geng, M. Ren, Effects of diamond tip orientation on the dynamic ploughing lithography of single crystal copper, Precision Engineering, 57 (2019) 127-136. [24] S. Baqain, Investigations into AFM-tip based vibration-assisted nanomachinin, Cardiff University, 2022. [25] P. Zhang, X. Li, J. Zhang, Y. Zhang, X. Huang, G. Ye, Study on Chip Formation Mechanism of Single Crystal Copper Using Molecular Dynamics Simulations, Nanoscale Research Letters, 17(1) (2022) 91. [26] H. Li, X. Peng, C. Guan, H. Hu, Molecular dynamics simulation of the nano-cutting mechanism of a high-phosphorus NiP coating, Journal of Materials Research and Technology, 24 (2023) 8109-8120. [27] J. Wang, Y. Geng, Z. Li, Y. Yan, X. Luo, P. Fan, Study on the vertical ultrasonic vibration-assisted nanomachining process on single-crystal silicon, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 144(4) (2022) 041013. [28] A.R. Norouzi, M. Tahmasebipour, Effect of AFM Cantilever Geometry on the DPL Nanomachining process, ADMT Journal, 9(4) (2016) 75-80. [29] M.K. Moutlana, S. Adali, Fundamental frequencies of a nano beam used for atomic force microscopy (AFM) in tapping mode, MRS Advances, 3(42-43) (2018) 2617-2626. [30] A.P. Thompson, H.M. Aktulga, R. Berger, D.S. Bolintineanu, W.M. Brown, P.S. Crozier, P.J. in't Veld, A. Kohlmeyer, S.G. Moore, T.D. Nguyen, LAMMPS-a flexible simulation tool for particle-based materials modeling at the atomic, meso, and continuum scales, Computer Physics Communications, 271 (2022) 108171. [32] E.-c. Jeon, Y.-H. Lee, T.-J. Je, Analysis of size effect of nano scale machining based on normal stress and indentation theories, Journal of the Korean Society of Mechanical Engineers, 17(6) (2018) 1-6. [33] M.M. Jalili, H. Tavari, Investigation and optimization of parameters affecting surface roughness in single crystal copper nanomachining process using molecular dynamics method, IJME journal, 8(10) (2021) 49-60, in Persian. [34] J. Zhang, Z. Wang, Y. Yan, T. Sun, Concise review: recent advances in molecular dynamics simulation of nanomachining of metals, Current Nanoscience, 12(6) (2016) 653-665. [35] J.C. Wang, J.M. Zhang, N. Li, Y.P. Kou, Effect of potential function on molecular dynamics simulation of copper processing, Key Engineering Materials, 407 (2009) 368-371. [36] A. Oluwajobi, X. Chen, The effect of interatomic potentials on the molecular dynamics simulation of nanometric machining, International Journal of Automation and Computing, 8 (2011) 326-332. [37] S. Foiles, M. Baskes, M.S. Daw, Embedded-atom-method functions for the fcc metals Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, and their alloys, Physical review B, 33(12) (1986) 7983. [38] A.P. Markopoulos, I.K. Savvopoulos, N.E. Karkalos, D.E. Manolakos, Molecular dynamics modeling of a single diamond abrasive grain in grinding, Frontiers of Mechanical Engineering, 10 (2015) 168-175. [39] Q. Pei, C. Lu, F. Fang, H. Wu, Nanometric cutting of copper: A molecular dynamics study, Computational materials science, 37(4) (2006) 434-441. [40] Y. Li, M. Shuai, J. Zhang, H. Zheng, T. Sun, Y. Yang, Molecular dynamics investigation of residual stress and surface roughness of cerium under diamond cutting, Micromachines, 9(8) (2018) 386. [41] J. Stufken, Tagucbi Methods: A Hands-On Approach, in, Taylor & Francis, 1994. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 193 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 329 |
||
