+ 86-18052080815 | info@harsle.com
Jsi tady: Domov » Zprávy » Blog » Model konečných prvků vysokorychlostního řezání kovem s adiabatickým střihem (3)

Model konečných prvků vysokorychlostního řezání kovem s adiabatickým střihem (3)

Zobrazení:20     Autor:Editor webu     Čas publikování: 2018-11-12      Původ:Stránky Zeptejte se

  Proces tvorby čipů

  Na obr. 13 je znázorněna historie tvorby třísek pro simulaci vytvořenou deformační technikou. Obrysová proměnná je rovnocenná plastická deformace, odříznutá maximálně na 3 ° Cpodobně, protože tepelná vodivost je malá.) Podmínky řezání byly stejné jako na obr. 12.

  Tvar prvního segmentu a smykového pásu se liší od tvaru následujícího. Zobrazuje silně rozdělené smykové pásmo, zatímco poslední smykové pásy jsou na straně nástroje jen nepatrně rozděleny. Zakřivení tohoto prvníhosegment je mnohem silnější, aby se dotýkal neporušeného materiálu. Tyto segmenty jsou velmi podobné sobě navzájem, s konstantní vzdáleností mezi segmenty a podobným stupněm segmentace. Rozdíl mezi prvními anásledující segmenty jsou způsobeny rozdílem geometrie mezi původně nenarušeným materiálem a materiálem se smykovým pásem.

  Deformace experimentálně vyrobených čipů se liší od simulace ve dvou aspektech: stupeň segmentace je v experimentu silnější (částečně je to vzhledem k hustotě sítě, viz výše) a vzdálenost mezismykové pásy jsou také větší (viz obr. 9 pro srovnání). To je pravděpodobně způsobeno především rozdílem v úhlu sklonu. Chyby v toku plastů

model konečných prvků (1)

  Obrázek 13. Vývoj segmentovaného čipu. Zobrazuje se ekvivalentní plastické napětí jako obrysový diagram. Měřítko je vybráno tak, že nejtmavší barva označuje všechny hodnoty větší než 3. Řezné parametry: hloubka řezu 40 lm, rychlost řezání50 ms, úhel sklonu 10 °.

Křivky mohou také hrát určitou roli, ale v tuto chvíli nelze rozhodnout. Zakřivení čipů také není v těsné shodě, protože simulované čipy jsou silněji zakřivené.

  Materiál mezi smykovými pásy je jen slabě deformován. Deformace je z důvodu geometrických důvodů silnější na straně nástroje čipu. To platí jak pro simulaci, tak pro experiment. Malá deformace oblastímezi smyčkovými pásy vede k malému zvýšení teploty; v simulacích,maximální teplota v smykových pásech dosahuje 800 ° C nebo více, zatímco méně deformované oblasti jsou při teplotách pod 150 ° C. Vzhledem k nízké tepelné vodivosti materiálu se tyto rozdíly v simulaci ani nepodaříúvahy.

  Podrobná studie tvorby jednoho smykového pásu je znázorněna na obr. 14. Z toho lze rozlišit několik kroků procesu vytváření smykové pásky:

Mírná plastická deformace celé oblasti před špičkou nástroje, ohýbání zadní strany materiálu směrem nahoru.

  Před čelní stranou nástroje se vytvoří deformační zóna.

  Malá oblast na zadní straně obrobku se začíná plasticky deformovat.

  Obě deformační zóny se spojují a plastická deformace se lokalizuje.

  Segment nůžky výrazně natahuje po smykovém pásu.

  Může se vytvořit druhá smyková oblast, která vede k dělené smykové pásce, která je zakřivená směrem dolů.

Z simulace lze vidět, že smyková páska se jednoduše nezačne vytvářet před špičkou nástroje a pak se rozšiřuje po čipu. Namísto toho se druhá deformační oblast nejprve vytvoří na čipu, a to pouzepoté se obě regiony připojují. 6 Pokud by střih na povrchu vyvolal praskliny, mohlo by to vést k tvorbě trhlin ve velmi raných fázích procesu segmentace čipů. To však nelze vyvodit ze současné simulace.

  Dalším zajímavým aspektem je vytvoření dělených smykových pásů. Střižná páska se ohýbá směrem nahoru, jak se špička nástroje posouvá a vytvoří se nová deformační zóna před špičkou nástroje, což vede k druhému smykovému pásku, který se spojí sPrvní. Jakmile se vytvoří druhá smyková kapela, deformace se v této oblasti koncentruje a horní polovina smykového pásku se již nevytváří. To je zřejmé z rychlosti deformace, která se v horní polovině stává malousmykové pásky a velké v dolní části, jakmile dojde k rozštěpení.

  Tato rozštěpená smyková kapela se zdá být ne simulačním artefaktem, přestože jeho detailní tvar je ovlivněn separačním mechanismem (viz obr. 12). Podobné podobné smykové pásy byly pozorovány v jiné simulaci (viz [19], obr. 9)a také byly nalezeny experimentálně (viz obr. 15).

  Možný důvod pro vznik těchto smykových pásů lze pochopit z obr. 16. Střihací pás zpočátku tvoří téměř přímku, jak je vidět na obr. 16 (vlevo). Jak nástroj postupuje, materiálová oblast A přímo vpředušpičky nástroje a pod smykovým pásem musí být odstraněny. Jednou z možností je silné zakřivení smykového pásu nahoru, zatímco nástroj postupuje, 7aby se materiál, který se má odstranit, pohyboval vlevo a nahoru. To však vyžaduje silnou plastickou deformaci v zóně S2 nalevo od smykového pásma, kde je teplota stále malá a energie potřebná pro deformacije v důsledku toho velká a také některé deformace v již vytvořeném segmentu S1. Pokud se namísto oblasti A vytvoří dělená smyková páska, může být tato oblast posouvána smykem po smykovém pásu, což je mnohem jednodušší. To všechno způsobujejiž vytvořený čip (S1) se pohybuje také podél smykové zóny a když je smykový pás zakřivený, čip se také zakřiví. Oblast A před špičkou nástroje změní svou roli: zpočátku patří k nově tvarovanémusegmentu S2, ale jakmile převezme druhý smykový pás, kineticky k segmentu S1 již vzniká. Geometrické omezení stále vyžadují malou deformaci v této oblasti, ale materiál zbývající pouze ze smykového pásmamusí se mírně deformovat, aby se přizpůsobilo (malému) zakřivení smykového pásu.

  Tvorba děleného smykového pásu samozřejmě není čistě geometrický jev: kontinuální deformace oblasti A na obrázku může způsobit podobný účinek bez silné lokalizace. Zda deformace v této zóněkoncentrace v druhém smykovém pásmu závisí na průtokových křivkách a na tendenci deformace lokalizovat.

Srovnání simulovaných a experimentálních talířových dělících pásů ukazuje, že jejich tvar se liší: experimentální smykové pásy zakřivené v opačném směru než simulované pásy. Tento rozdíl ještě nemůže býtvysvětlil, ale vliv tření, tepla z nástroje a různých úhlů sklonu může hrát roli v tom.

  Na obr. 17 je znázorněna vypočtená řezná síla pro simulaci podle obr. 13. Jak bylo očekáváno, silné oscilace oscilátorů 7, To je pravděpodobnézahrnutí tření by alespoň částečně zničilo dělené smykové pásy silnou deformací strany nástroje čipu.

model konečných prvků (2)

  Obr. 14. Detail vytvoření druhého smykového pásu pro tutéž simulaci jako na obr. 13. Zobrazeno je ekvivalentní plastické napětí jako obrysový diagram. Měřítko je vybráno tak, že nejtmavší barva označuje všechny hodnoty větší než 2.

  Doba mezi dvěma po sobě jdoucími snímky je 50 ns. Vodorovná čára je pomocný kontaktní povrch, aby se zabránilo pronikání čipu do nerezaného obrobku.

  Síla se vyskytuje s vysokou absolutní hodnotou síly, když není deformace koncentrována, a nižší hodnotou v časech smykové lokalizace a stříhání čipu podél smykových pásů. Absolutní hodnoty síly jsounejsou v souladu s experimentálními zkouškami, ale jsou příliš nízké o faktor asi 2. To jevětšinou kvůli nejistotám v křivkách toku plastů a také k různým úhly sklonu. Na jedné straně je pokles napětí při kmene větším než 0,2 pravděpodobně přehnaný v křivkách; na druhou stranu,hodnoty namáhání při extrémních deformačních rychlostech budou mnohem vyšší než hodnoty na

model konečných prvků (3)

  Obr. 15. Výskyt dělených smykových pásů v experimentálně vyrobených čipích: (levý) čip Ti6Al4V (nástroj na pravé straně); (pravý) čip Ck 45 (nástroj na levé straně) vytvořený experimentem rychlého zastavení na IEP, Magdeburg. Tento údajbyl poskytnut U. Schreppel aP. Veit, IEP, Magdeburg.

model konečných prvků (4)

  Obr. 16. Dvě fáze při vytváření děleného strihového pásu. Konfigurace jsou převzaty ze čtvrtého a sedmého stavu znázorněného na obr. 14. Segment S1 je již vytvořen v prvním stavu, začíná se vyvíjet segment S2. Postupujícínástroj musí odstranit oblast A. Dělený strihový pás před A umožňuje pohyb této oblasti do polohy označené písmenem B na pravé straně. Již vytvořený segment S1 je během tohoto procesu jen mírně deformován. Rozdělenísmykové pásmo umožňuje přizpůsobit odstranění materiálu z oblasti A bez silné deformace buď uvnitř S1 nebo v S2

  Parametrické studie

  Model konečných prvků umožňuje studovat vliv různých materiálových a procesních parametrů na tvorbu čipů. V této části se zobrazí dva příklady.

  V prvním pokusu se změnily elastické vlastnosti materiálu. Lze tvrdit, že tvorba smykových pásů je spuštěna uvolněním pružné energie uložené v deformovaném materiálu. Obrázek 18 ukazuje, že skutečněhustota elastické energie výrazně klesá, když se vytvoří segment čipu. Absolutní hodnota této energie je však v porovnání s plastickou deformační energií malá. Pro další studium tohoto efektu byl Youngův modul tohoto materiálumezi nimi57,5 a 575 MPa při pokojové teplotě tak, aby se uložená pružná energie odpovídajícím způsobem změnila. 8

  Výsledné deformační vzory jsou pro tyto tři případy podobné, ale stupeň segmentace se mírně změní, což odpovídá změně frekvence segmentace. To je patrné z obr. 19, kde je řezná sílapro tři různé případy. Čím nižší je modul pružnosti, tím vyšší je stupeň segmentace a segmentace. Možným vysvětlením je, že větší množství uložené elastické energie usnadňuje stříhání nebo toje výhodné stříhání plastů, neboť elastická deformace oblasti levá ze smykového pásu je energeticky nepříznivá. Další možností je, že se deformace silněji koncentruje v tuhším materiálu a tím se zvyšujefrekvenci segmentace. Podrobnější vyšetřování8 Všimněte si, že množství pružné energie je ohraničeno pevnou mezní pevností materiálu, takže materiál s nižším modulem pružnosti má vyšší deformační energii, pokud se materiál plasticky deformuje.

model konečných prvků (5)

  Obr. 18. Hustota elastické energie (v jednotkách mJ / mm3) ve druhém a čtvrtém časovém kroku z obr. 14. Měřítko je zvoleno tak, že nejtmavší barva označuje všechny hodnoty větší než 20. Hustota energie silně klesá běhemvytváření smykového pásu, což naznačuje, že uvolňování pružné energie může ovlivnit tvorbu smykové pásky.

  Obrázek 19. Řezná síla pro tři simulace s různými elastickými vlastnostmi. Je zřejmé, že frekvence segmentace je snížena se zvyšujícím se modulací pružnosti. Parametry řezání: hloubka řezu 40 lm, rychlost řezání 50 m / s,hráběúhel 10 °.o vlivu pružného modulu je nutné důkladně pochopit tuto otázku.

  Jako druhá změna byla řezná rychlost snížena o faktor 100-0,5 m / s. Při této rychlosti je tepelná vodivost dostatečně vysoká, takže není možná žádná silná koncentrace teploty. Díky maximálnímu toku plastůkřivky, mělo by se nicméně očekávat, že se segmentace čipů vyskytuje stejně jako experimentálně. (Tato skutečnost byla součástí příčiny použití průtokových křivek s jasným maximem.) Je to skutečně pravda, ale to lze vidět pouze vsimulace, pokud je hustota sítě dále zvýšena, jak je uvedeno v části 4.2. To naznačuje, že tendence vytvářet segmentované čipy je menší při nižší řezné rychlosti.

  Výhled

  Byl ukázán model konečných prvků procesu řezání kovem pomocí standardního softwaru (ABAQUS / Standard). Model se opírá o následující techniky:

použití čtyřúhelníků;

časté přetváření;

zvláštní tvar počátečního oka;

diskontinuální opracování segmentovaných čipů;

použití dvou různých separačních technik.

  Model byl aplikován na ortogonální řezání titanové slitiny s využitím plastických křivek průtoku založených na experimentu, ale s určitou experimentální nejistotou.

  Byly také zobrazeny některé výsledky modelu. Je možné analyzovat detaily procesu tvorby čipů. Tvorba střihového pásu začíná před špičkou nástroje. Na čipu se tvoří druhá deformační oblastzadní straně a obě oblasti se připojí. Oblast deformace se dále zužuje, až se deformace koncentruje ve velmi malém smykovém pásmu. Střižná páska se pak může rozštěpit, fenomén, který byl pozorován také v některých experimentech.

  Možné vysvětlení bylo dáno.

  Navíc byl studován vliv modulu pružnosti a rychlosti řezání. Modul pružnosti ovlivňuje stupeň segmentace čipů. Při průtokových křivkách, které vykazují silné maximum izotermicky, se tvoří segmentové čipyi při nízkých řezných rychlostech, jestliže je síťová hustota dostatečně zvýšena.

  Dohoda mezi simulovanými a pokusnými čipy byla přiměřená vzhledem k nejistotě vstupních parametrů. Nejdůležitější je, že stupeň segmentace v simulaci je menší než vexperimenty. To může být způsobeno použitými křivkami plastických toků, které silně upřednostňují vytváření smykových pásem, takže se zvýší četnost segmentace a stupeň segmentace se podle toho sníží. Tohle by mohlože selhání materiálu musí být zahrnuto do simulace, ale to ještě není jasné.

  Z důvodu jednoduchosti, tření a vedení tepla do nástroje byly v této studii zanedbány. Budoucí výzkumy budou zahrnovat tyto procesy a umožní tak studovat jejich vliv na proces tvorby čipů.

  Potřebné zlepšení se týká tvaru nástroje, zejména v případě modelu čisté deformace. Zde je pasivní síla a deformace povrchu obrobku příliš malá, protože pod nástrojem není tlačen žádný materiál. Thepředpoklad nekonečného ostrosti a výsledné pronikání materiálu do nástroje (viz obr. 8) je třeba zlepšit přidáním konečného poloměru nástroje.

  Konečně lze provádět parametrické studie, aby bylo možno porozumět vlivu různých parametrů materiálu na proces tvorby čipů. Nejzajímavějšími proměnnými, které se mají měnit, jsou plastikové průtokové křivky a teplotnívlastnosti slitiny titanu. Výsledky těchto studií mohou nejen pomoci porozumět tomu, co dělá z titanu di ffi cult, ale může také poukázat na možné zlepšení slitiny.

Komentáře

Podpěra, podpora

Get A Quote

Domov

autorská práva2021 Nanjing Harsle Machine Tool Co. Ltd. Všechna práva vyhrazena.