Finite element analysis of the rake angle effects on residual stresses in a machined layer

تم في هذا البحث تطبيق طريقة العناصر المحددة (Finite Element Method) بالانفعال المستوي، و ذلك بهدف نمذجة و محاكاة عملية القطع العمودي لصلب نوع(AISI 1045 St)، و ذلك عند ظروف تكوين النحاتة المستمرة (continuous chip). تم تهيئة نماذج تحاكي سبعة قيم لزوايا جرف عدة القطع و هي : (-°15، -°10، -°5، °0، °5، °10، -°15)، و ذلك بهدف تحليل و مقارنة أثير هذه الزاوية تحت ظروف ق مستقرة على الاجهادات المتبقية أمكن استخدام طريقة العناصر المحددة توضيح الاجهادات المتبقية و الناتجة عن عملية القطع و ذلك في المنطقة الواقعة أسفل الطبقة لمشغلة و تم كذلك مقارنة النتائج المستحصلة مع بحوث أخرى منشورة في الأدبيات و أعطت نتائج جيدة، كما وبينت النتائج وصفا دقيقا لتأثيرات زاوية الجرف على الاجهادات المتبقية، حيث أظهرت نتائج المحاكاة أمكانية السيطرة على قيم و توزيع هذه الاجهادات من خلال التحكم الأمثل بقيم زاوية الجرف. و أظهرت نتائج المحاكاة كذلك بأنه عند زوايا الجرف ذات القيم الموجبة و الصفر يكون موقع أقصى إجهاد فعال عند مسافة تبعد مقدار (0.04) ملم عن حافة السطح المشغل، في حين تتغير قيم أقصى إجهاد فعال عند مسافة تبعد مقدار (0.04) ملم عن حافة السطح المشغل، في حين تتغير قيم أقصى إجهاد فعال عند زوايا الجرف ذات القيم السالبة لتكون على حافة السطح المشغل تماما. In this paper, a plane strain Finite Element Method is developed and applied to model and simulate the orthogonal metal cutting of (AISI 1045 St) with continuous chip formation. Seven sets of simulation results for cutting with rake angles (-15 o, -10 o, -5 o, 0o, 5 o, 10 o and 15 o), are summarized and compared to analyze their effects in the cutting process in steady state condition. Simulation results of the residual stresses below the machined layer are presented and compared with other papers in the literature and showed good agreement. Simulation results offer an insight into residual stresses through different values of rake angles. Based on simulation results, characteristics of residual stress distribution can be controlled by optimizing the rake angle. The simulated results show that for positive rake angles and position, the zero of maximum effective stress is found to be at (0.04) mm beneath the work piece surface, while for negative rake angles, the position of maximum effective stress is changed to be directly on the work piece surface.