Page 1

Journal of Mechanical Sciences,Vol.1, No 1, pp 48-58ISSN: 2231 - 4768

ANALISIS DINAMIK MILLING MACHINE CHATTERPENGURANGAN GETARAN MENGGUNAKAN PEREDAM MECHANICAL BY FEA

1 T. Prem Singh Inbaraj dan 2 M. Vinoth 1 Asisten Profesor di Teknik Mesin & 2 PG Scholar di Engg.DisainPemerintah College of Engineering, TirunelveliE-Mail: 1 preminbaraj@yahoo.com & 2 vinodesign23@gmail.com

ABSTRAKMilling secara luas digunakan dalam industri manufaktur.Sejumlah upaya telah dilakukan untuk meningkatkan efisiensi milling.Untuk efisiensi proses milling, tuntutan tinggi pada tingkat removal material dan tingkat kekerasan permukaan.Proses penentuan parameter dua tingkat dibatasi oleh terjadinya regenerative chatter.Proyek ini berkaitan dengan pengurangan getaran pada akhirnya alat milling dengan memperkenalkan peredam.Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk merancang alat milling teredam.Sebuah peredam mekanik digunakan untuk mengurangi getaran di alat alat milling.Peredam mekanik terdiri dari multi-berjari silinder ditempatkan dalam lubang yang cocok silinder di tengah standar end cutter.Kekuatan sentrifugal selama kecepatan tinggi menekan jari fleksibel terhadap permukaan bagian dalam dari tool.Alat bending dan peredam perakitan karena memotong gaya menyebabkan relatif aksial geser antara permukaan dalam tool dan peredam jari menghilang dalam bentuk kerja gesekan analisis numerik sederhana menggunakan ANSYS dilakukan untuk memperkirakan jumlah pekerjaan gesekan saat bending.Hasil numerik dibandingkan dengan hasil analisis.Sekarang dipastikan bahwa ada kemungkinan lebih redaman getaran menggunakan multi-jari peredam mekanik.

1. PENDAHULUAN DAN REVIEWDalam industri manufaktur saat ini, proses milling memainkan peran penting.Oleh karena itu berbagai upaya telah dilakukan untuk meningkatkan efisiensi milling.Keterbatasan utama dari milling disebabkan oleh getaran alat mesin dan benda kerja.Sebagai kecepatan dan kekuatan milling meningkat, sangat penting untukmengontrol getaran dari alat.Getaran chatter mempengaruhi operasi pemotongan.Proyek ini difokuskan pada chatter yang menghasilkan permukaan bergelombang selama operasi milling.Getaran relatif antara alat dan benda kerja menyebabkan permukaan bergelombang.Proyek ini melibatkan merancang dan menganalisa peredam untuk meningkatkan stabilitas milling akhir dan untuk mencapai tingkat removal material tinggi.Milling lama akhir yang paling banyak digunakan alatdalam operasi mesin kecepatan tinggi.Selama permesinan melampaui kedalaman tertentu, getaran dapat menjadi tidak stabil. Karakteristik ini alat menciptakan permukaan yang tidak rata dan mengurangi umur pahat.Dalam rangka untuk mengurangi chatter getaran dan meningkatkan kehidupan alat, peredam telah diperkenalkan.Oleh karena itu jika alat harus dirancang dengan meningkat redaman, seharusnya peningkatan stabilitas terhadap chatter.Penambahan peredam mekanik untuk alat pemotong berpotensi dapat membantu untuk menstabilkan sistem terhadap chatter getaran dan memungkinkan tinggi produktivitas.Sebuah tinjauan literatur beberapa karya penelitian yang relevan dilakukan dalam hubungan ini terangkum di bawah. Nam H. Kim et al [1] memperkenalkan peredam mekanik untuk mengurangi getaran alat dalam proses milling kecepatan tinggi. Peredam mekanik terdiri dari multi-jari sisipan silinder ditempatkan dalam silinder yang cocok di tengah end milling cutter.Sebuah metode numerik sederhana disajikan untuk memperkirakan jumlah pekerjaan gesekan selama alat membungkuk.Analisis elemen hingga juga digunakan untuk memperkirakan kekuatan kontak normal dan gesekan karena sentrifugal pasukan dan pasukan memotong dan menghitung jumlah pekerjaan gesekan hilang oleh peredam. Rubio et al [2] menggunakan dua prosedur analitis, simulasi domain waktu dan stabilitas lobus diagram. Dalam simulasi domain waktu, empat urutan metode Runge-Kutta digunakan untuk memecahkan diferensial yang persamaan yang mengatur dinamika sistem milling.Lacerda et al [3] dalam karyanya, suatu metode analisis diterapkan di mana waktu bervariasi directional dinamis koefisien pasukan milling diperluas dalam seri Fourier dan terintegrasi dalam lebar cut terikat oleh masuk dan keluar sudut.Tes milling wajah eksperimental dilakukan dalam jenis lutut mesin menggunakan lima menyisipkan cutter.Faassen et al [4] dalam karyanya, proses milling dimodelkan berdasarkan percobaan khusus pada kedua perilaku material dari bahan benda kerja dan dinamika mesin tergantung pada kecepatan spindle.Itu batas chatter model dibandingkan dengan hasil eksperimen untuk memvalidasi model dan analisis stabilitas.Karya ini berkaitan dengan pengurangan chatter dengan memperkenalkan peredam mekanik di milling tool.Analisis elemen hingga dilakukan untuk menganalisis berbagai parameter yang terkait dengan chatter getaran dan lebih memilih konfigurasi terbaik di mana getaran berkurang secara maksimal.

Alat yang diambil untuk analisis kami dalam proyek ini adalah akhir milling panjang seperti terlihat pada Gambar 1. Kebanyakan milling akhir adalah dari jenis balok padat.Dalam jenis alat yang tersedia mekanisme redaman structural redaman, yang sangat kecil.Redaman struktural adalah varian dari redaman viskos yang biasanya disebabkan oleh gesekan bahan intern.

Gambar 1Geometri alat millingKetika sinar peredam berlapis dimasukkan ke alat berongga, rotasi kecepatan tinggi menyebabkan kuat kontak antara balok dan alat.Karena gaya kontak selama gerak relatif menyebabkan gaya gesekan dalam antarmuka yang meredam getaran.Mekanisme redaman ini akan disebut sebagai peredam mekanik.Akhir Model milling dapat disederhanakan sebagai silinder seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, karena fokus perhatian dalam permukaan kontak, yang merupakan permukaan bagian dalam dari alat.

Gambar 2Model Sederhana menggunakan silinder berongga

Gambar 3 Hubungi PermukaanPermukaan luar dari peredam mekanik telah kontak dengan permukaan bagian dalam dari alat yang merupakan permukaan kontak seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Model akhir milling yang disederhanakan terdiri dari dua silinder berongga.Silinder luar merupakan alat milling akhir dan silinder dalam mewakili peredam.Untuk kenyamanan bagian luar (tool) dilambangkan sebagai betis, sementara bagian dalam (peredam) dilambangkan sebagai jari.The luar radius R2 jari adalah 4,762 mm, jari-jari dalam R1 jari adalah 1,5 mm, jari-jari dalam R3 dari betis adalah 4,7625 mm, dan jari-jari luar R4 dari betis adalah 9,525 mm.Panjang milling akhirnya adalah 101,6 mm.R2 adalah sama dengan R3.R1 akan bervariasi dari 1,5 mm sampai 3,5 mm selama studi parameter.Selanjutnya kondisi operasi juga disederhanakan.Hal ini pertama diasumsikan bahwa alat diputar dengan konstanta kecepatan sudut.Kecepatan sudut konstan akan menghasilkan gaya kontak konstan pada antarmuka.Untuk ini model khusus, sebuah kecepatan sudut 104 rad / sec digunakan, yakni sebesar 1000 rpm.Ketika akhir millingmulai memotong permukaan, alat ini mengalami gaya vertikal pada akhir milling akhir.Untuk mendekati Proses dari alat pemotong, gaya vertikal diterapkan di ujungnya.Untuk akurat mendekati gaya pemotongan, di gaya vertikal pada akhir milling perlu diukur dan kemudian kekuatan yang sama untuk diterapkan di ujungnya.Namun, tujuan dari proyek ini adalah kontrol getaran, kekuatan perwakilan dari 100 N diterapkan.

2. ELEMEN HINGGA ANALISIS PROSEDURProsedur pemodelan elemen hingga umumnya terdiri dari langkah-langkah berikut.Preprocessing Tipe Elemen definisi Definisi sifat material Membangun modelSOLUSI Mendefinisikan kondisi awal Menerapkan kondisi batas Menerapkan Beban Pemecahan untuk hasilPOST PENGOLAHAN Hasil Pembacaan berkas Hasil Viewing.Sifat material ditunjukkan pada Tabel 1.Tabel 1:Sifat MaterialHIGH SPEED STEEL

Modulus Young : 206.780 MPa

Densitas massa : 7820 kg / m3

Koefisien gesekan : 0.15

2.1 UNSUR DIGUNAKAN UNTUK ANALISISLangkah pertama dari analisis elemen hingga adalah untuk membangun sebuah model komputasi.Sebuah geometri disederhanakan untuk milling akhir digunakan dalam FEA.Menggunakan sifat material yang sama yang tercantum pada Tabel 1. 20 node elemen padat di ANSYS (padat 95) ditunjukkan pada Gambar 4 digunakan untuk membangun betis dan jari.

Gambar 420 node elemen padatUnsur kontak didefinisikan pada permukaan elemen padat.Para elemen kontak didefinisikan antara betis dan jari.ANSYS menawarkan CONTA174 dan TARGE170 untuk elemen kontak dan sasaran masing-masing CONTA174 digunakan untuk mewakili kontak dan geser antara sasaran 3D permukaan dan permukaan mampudeformasi, mendefinisikan oleh elemen ini yang ditunjukkan pada Gambar 5. Kontak terjadi ketika permukaan elemen menembus salah satu elemen target segmen pada permukaan target yang ditentukan.

Gambar 5elemen CONTA174TARGE170 digunakan untuk mewakili berbagai permukaan sasaran 3D untuk elemen kontak terkait.Itu elemen kontak sendiri overlay elemen solid menggambarkan batas tubuh mampudeformasi dan berpotensi kontak dengan permukaan target yang ditetapkan oleh TARGE170 yang ditunjukkan pada Gambar 6. Target elemen segmen dipasangkan dengan permukaan kontak yang terkait.

Gambar 6elemen TARGE170

2.2 KONDISI BATASMenurut gaya yang berlaku untuk milling akhir prosedur analisis dibagi menjadi dua. Langkah pertama adalah ketika akhir milling mulai berputar.Dalam langkah ini, hanya kecepatan sudut 104 rad / sec diterapkan tanpa mengingat gaya pemotongan dan ditunjukkan pada Gambar 7.Langkah kedua adalah ketika akhir milling memulai proses pemotongan saat ini kekuatan vertikal 100 N adalah diterapkan pada ujung akhir milling.

Gambar 7Kondisi BatasKondisi batas kekuatan dalam setiap langkah dibagi menjadi lima sub langkah untuk meningkatkan konvergensi analisis nonlinier.Urutan kondisi pembebanan ditunjukkan pada Gambar 8. Pertama gaya sentrifugal karena rotasi alat meningkat secara linear dengan lima sub langkah (beban langkah 1) dan kemudian gaya lateral diterapkan secara bertahap dengan lima sub langkah (langkah beban 2).Selama langkah beban 2 gaya sentrifugal dipertahankan pada nilai konstan.

Gambar 8kondisi beban TerapanSebuah beban langkah 1 tidak digunakan untuk menghitung pekerjaan gesekan.Beban langkah 2 digunakan untuk menghitung pekerjaan gesekan, simulasi situasi saat mesin.Penggunaan tambahan sub langkah pemuatan meningkatkan komputasi yangwaktu, tetapi meningkatkan konvergensi analisis non linier dan akurasi perhitungan kerja gesekan dan tahap pembebanan ditunjukkan pada Gambar 9 dan 10.

Gambar 9Tahap awal pembebanan sentrifugal ketika akhir milling mulai berputar

Gambar 10Tahap Kedua pemuatan milling End diterapkan dengan gaya lateral bersama dengan gaya sentrifugal.3. HASIL DAN PERBANDINGANTekanan kontak alat milling dianalisis dengan menggunakan ANSYS.Alat ini mengalami beban yang berbeda- gaya sentrifugal karena rotasi alat dan gaya lateral dari mesin tersebut.Pertama alat ini diputar dengan kecepatan sudut konstan, menghasilkan gaya kontak pada antarmuka.Berikutnya sebuah gaya lateral diterapkan pada ujung ke mensimulasikan memotong pasukan selama mesin.3.1 FEA HASIL DENGAN LOAD LANGKAH 1Alat ini dikenai berbeda gaya beban-sentrifugal karena rotasi alat dan gaya lateral dari dengan mesin.Pertama alat diputar dengan kecepatan sudut konstan, menghasilkan gaya kontak pada antarmuka.Berikutnya sebuah gaya lateral diterapkan pada ujung untuk mensimulasikan memotong pasukan selama mesin.Tekanan kontak dihitung dengan menggunakan ANSYS yang ditunjukkan pada Gambar 11.

Gambar 11Contact TekananSelama langkah beban 1 ada gerakan relatif di permukaan kontak akibat perubahan diameter shank.Namun hal ini gerakan relatif dalam langkah ini tidak digunakan dalam perhitungan pekerjaan gesekan, karena tidak terkait dengan lentur dari alat karena memotong kekuatan.Perpindahan komponen dihitung dengan menggunakan ANSYS dan output analisis dipindahkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.

Gambar 12perpindahan KomponenStres gesekan dihitung dengan menggunakan ANSYS dan ditampilkan pada Gambar 13.

Gambar 13Stres Friksional

3.2 FEA HASIL DENGAN LOAD LANGKAH 2Beban langkah 2 digunakan untuk menghitung pekerjaan gesekan simulasi situasi saat mesin.Lentur The deformasi betis dan jari menghasilkan perpindahan relatif di antarmuka karena perbedaan lokasi sumbu netral elemen.Tekanan Kontak dan stres gesek dihitung dengan menggunakan ANSYS yang ditunjukkan pada Gambar 14 dan 15.

Gambar 14Contact Tekanan

Gambar 15Stres Friksional

3.3 PENDEKATAN ANALITISUsaha yang dilakukan oleh gaya gesekan yang terjadi antara permukaan bagian dalam milling akhir dan terluar permukaan peredam menyebabkan efek redaman yang mengurangi getaran chatter.Menurut coulomb Model gesekan, gaya gesekan dan pekerjaan redaman dapat ditulis sebagai berikutFf = f x NWf = Ff x UfDimana Ff adalah gaya gesekan, f adalah koefisien gesekan, N adalah gaya kontak normal, Wf adalah kerja gesekan dan Uf adalah perpindahan relatif antara dua permukaan kontak.Gaya normal N adalah terutama disebabkan oleh gaya sentrifugal dibuat ketika akhir milling berputar.Perpindahan terkait Uf adalah terutama disebabkan oleh defleksi vertikal dari alat ketika milling mulai akhir pemotongan.Oleh karena itu dapat membagi mengakhiri sistem milling menjadi dua negara.Negara pertama adalah ketika akhir milling berputar tanpa operasi pemotongan.Di hal ini hanya gaya sentrifugal diterapkan.Keadaan kedua adalah ketika milling mulai akhir pemotongan.Dalam sate ini gaya vertikal ditambahkan di ujung akhir milling kedua gaya sentrifugal dan gaya vertikal diterapkan dalam negara.Jika kita mengasumsikan bahwa tidak ada gerakan relatif di negara bagian pertama, maka kita dapat menghitung kerja yang dilakukan oleh gaya gesekan selama kedua negara.

3.3.1Perhitungan Angkatan normal dan Tekanan KontakPada bagian ini, gaya normal dan tekanan yang disebabkan oleh gerakan rotasi dari alat akan dihitung.Ada tiga asumsi untuk metode analitis. Tidak ada percepatan sudut, yang berarti kecepatan sudut konstan. Tidak ada gerakan relatif antara dua permukaan kontak selama langkah pertama, yang berarti tidak ada slip di permukaan kontak selama gerak rotasi. Hubungi terjadi di seluruh bidang kontak selama seluruh negara kedua.Karena asumsi kedua tekanan kontak dihitung dengan menggunakan gaya sentrifugal saja dan diasumsikan tetap konstan.Mengingat dua jari dengan jari-jari dalam 0,0035 mR1 = 0,0035 mR2 = 0.0047625 mL = 0,1016 m = 2094,39 rad / sec = 7820 kg / m3 = 90

R= 2/3 x (R23-R13) x sin (/ )/ (R22-R12)

R = 0,00265 mMassa, M = 0,0130 Kg

Gaya normal, N = MRN= 0,0130x 0,00265x 1884N=122.40 N

Daerah kontak,Ac= 0.0047625 0,1016Ac= 0.000158 m2Tekanan kontak, P = N / AC = 122.40/0.000158P = 0,77468 MPaTekanan kontak telah dihitung dengan metode analisis dan nilai yang diperoleh oleh FiniteMetode Elemen menggunakan software ANSYS hampir sama.Tekanan kontak menggunakan ANSYS adalah 0,75 MPa dan Nilai analitis adalah 0,77468 MPa dihitung. Tekanan kontak dihitung secara teoritis dan divalidasi dengan hasil FEA yang ditunjukkan pada Tabel 2. Nilai-nilai yang diperoleh lebih dekat dan getaran dari alat ini ditemukan menjadi berkurang.

Tabel 2:Perbandingan hasilANSYSTeoretisKesalahan%

KontakTekanan0.75Mpa

0.77468MPa

3.18

4. KESIMPULANHal ini telah dibuktikan dari analisis ini bahwa pekerjaan gesekan dikembangkan oleh peredam mekanik selama pengoperasian alat milling dan sama dapat meredam getaran mesin chatter.Lebih gesekan yang pekerjaan yang dikembangkan;lebih besar akan menjadi efek redaman.Hal ini dimungkinkan untuk menerapkan metodologi ini untuk terbatas analisis elemen peredam mekanik yang disediakan dengan multi jari.Jadi pekerjaan ini telah dilakukan dengan dua meraba peredam mekanik dan telah menganalisis tekanan kontak karena kekuatan sentrifugal selama operasi dengan analisis elemen hingga menggunakan ANSYS dan juga dihitung dengan metode analisis.Kedua hasilnya dibandingkan.Selanjutnya analisis stres gesekan dapat dilakukan dengan memperkenalkan multi-jari menggunakan ANSYS. Untuk menghitung tekanan kontak dengan memvariasikan jari-jari dalam peredam beban langkah 1 Untuk menghitung kerja yang dilakukan oleh Gesekan peredam dengan memperkenalkan beberapa jari dan membenarkan terbaikkonfigurasi di mana getaran jauh berkurang

REFERENSI1. Nam H. Kim et al, Numerical Analysis dan Parameter Studi dari Mechanical Peredam untuk digunakan dalam panjangSlender Endmills, International Journal of Machine Tools & Industri,2006;46, 2005: 500-507.2. Rubio et al, Analytical Prosedur Chatter di Milling, UPV00I06.I06-15263/2003.3. Lacerda et al, Evaluasi Cutting Forces dan Prediksi Chatter Getaran di Milling, Journal ofBraz.Soc.dari Mech.Sci.. & Eng, Januari-Maret2004;Vol.XXVI, No 1/75,.4. Faassen et al, "Prediksi chatter regeneratif dengan pemodelan dan analisis kecepatan tinggi milling,"International Journal of Machine Tools & Industri,2003;43:1437-1446.. 5 Ganguli et al, redaman Aktif chatter pada peralatan mesin - Demonstrasi dengan "Hardware diLoop "simulator, SMARTOOL Konsorsium Proyek dan Komisi Eropa (Contract No: menyandang-CT-2001-00551),2001.6. M-Charles-V Stanislaus, "Friksional Peredam untuk Meningkatkan Stabilitas Dinamis Dalam End milling,",2003.