Legura volfram-molibdena je materijal koji se teško obrađuje, sa visokim troškovima obrade, niskom efikasnošću obrade i velikim habanjem alata. Koristeći ABAQUS softver za analizu konačnih elemenata, uspostavljen je trodimenzionalni model glodanja legure volfram-molibden, te je proučavan proces mljevenja legure volfram-molibden za različite parametre rezanja. Zakon varijacije sile rezanja i temperature rezanja verificira se testom glodanja kako bi se potvrdila efikasnost simulacionog modela. Optimalna kombinacija parametara rezanja dobijena je ortogonalnim eksperimentima, odnosno brzina rezanja vc=60m/s, stražnji zahvat ap=3mm, pomak po zubu fz=0.16mm/z .
preambula
1
Volfram i molibden su bogati rezervama i široko rasprostranjeni u mojoj zemlji. Volfram i molibden pripadaju grupi VIIB elemenata u periodnom sistemu elemenata i tipični su metali visoke tačke topljenja. Budući da legura volfram-molibden ima višu tačku topljenja i manju gustoću od čistog volframa, kombinira prednosti volframa i molibdena. Otpornost na koroziju i ablaciju [1], tako da postaje važan materijal u vazduhoplovstvu, može se koristiti u mlaznicama raketnih motora i ključnim komponentama gasnih turbina, a ima i širu perspektivu primene u budućem industrijskom polju.
U cilju proučavanja principa rezanja legure volfram-molibdena, naučnici su obavili mnogo istraživačkog rada. Kada je Luo Zhengchuan [2] koristio alate od cementnog karbida za rezanje legura na bazi volframa, habanje alata bilo je izuzetno brzo, a glavni oblik habanja koji je uzrokovao kvar alata od cementnog karbida bio je trokutasta površina habanja koja se pojavila na sjecištu glavnog bok i pomoćni bok. Glavni uzrok trošenja alata je mehaničko trošenje uzrokovano tvrdim točkama, a difuzija kobalta kao veziva u cementiranom karbidu ubrzava habanje alata. Prilikom rezanja legura na bazi volframa, Ye Yi [3] je otkrio da sitnozrnati ili ultra-fino zrnati WC alati od cementnog karbida sa premazom otpornim na habanje na površini imaju kraći vijek trajanja. Neekonomično je obrađivati njegove legure. Alati od kompozitne keramike nisu prikladni za rezanje materijala visoke legure volframa, a vijek trajanja PCD dijamantskih alata nije značajno poboljšan u usporedbi s cementnim karbidom na bazi WC-a. Volfram i njegove legure najbolje se obrađuju pomoću PCBN alata za rezanje i klasa sa više CBN sadržaja (kao što je DBC80), tako da se mogu postići bolje ekonomske koristi.
ABAQUS softver za analizu konačnih elemenata je često korišten softver za simulaciju rezanja metala. Ima moćne funkcije nelinearne analize i može ostvariti termičko-mehaničku spregu. Legura volfram-molibdena je materijal koji se teško obrađuje, koji ima visoke troškove obrade, nisku efikasnost obrade i teško habanje alata. Stoga se u ovom radu koristi softver za analizu konačnih elemenata ABAQUS za uspostavljanje trodimenzionalnog modela mljevenja legure volfram-molibden. Sila rezanja i temperatura rezanja koja se stvaraju u procesu se mijenjaju, a na kraju se optimalna kombinacija parametara glodanja dobiva ortogonalnim testom, koji daje referencu za stvarni proces glodanja.
Modeliranje konačnih elemenata legure volfram-molibdena
2
2.1 Model geometrije alata
Simulacija koristi standardnu glodalicu od cementiranog karbida 4-, a specifikacije su prikazane u tabeli 1. Model glodala je generiran korištenjem softvera za 3D modeliranje SolidWorks, kao što je prikazano na slici 1. S obzirom da je svrha ove studije je analizirati varijaciju sile rezanja i temperature rezanja pod različitim parametrima glodanja, a s obzirom na to da je glavna rezna ivica alata mnogo manja od radnog komada, pretpostavlja se da je alat kruto tijelo u ABAQUS analizi konačnih elemenata, bez obzira na to deformacije i habanja alata, fizički parametri alata prikazani su u tabeli 2.
Tabela 1 Slika specifikacija alata (jedinica: mm).
slika
Slika 1 Model glodala
Tabela 2 Fizički parametri alata
slika
2.2 Konstitutivni model materijala od legure volfram-molibdena
Materijal za simulaciju izratka u ovom radu je legura volfram-molibdena, a glavni fizički i mehanički parametri izvedbe prikazani su u tablici 3[4].
Tabela 3. Fizički parametri materijala od legura volfram-molibden
slika
U procesu rezanja metala, u većini slučajeva, materijali se podvrgavaju elastično-plastičnoj deformaciji pod visokim temperaturama, velikom deformacijom i velikom brzinom deformacije, tako da je uspostavljanje razumnog modela materijala također ključni korak za uspješnu simulaciju. Model materijala u ovom radu usvaja Johnson-Cook konstitutivni model, koji može odražavati efekat stvrdnjavanja deformacijom, efekat stvrdnjavanja deformacijom i efekat termičkog omekšavanja materijala, a njegov oblik je
slika
U formuli, σ je napon tečenja (MPa); ε je plastična deformacija; ε0 je referentna brzina deformacije; T je temperatura (stepen); Tr je sobna temperatura (stepen); Tm je tačka topljenja materijala (stepen); A, B, C, m i n su parametri materijala, a vrijednosti su prikazane u tablici 4[5].
Tabela 4 Johnson-Cook konstitutivni parametri modela materijala od legura volfram-molibden
slika
2.3 Kontakt i granični uslovi
Kreirajte atribut kontakta, a pošto se alat tokom simulacije smatra krutim tijelom, potrebno je kreirati još jedno ograničenje krutog tijela. Kreirajte granični uvjet u početnom koraku analize kako biste ograničili sve stupnjeve slobode na strani radnog komada. Alat treba ograničiti 4 stupnja slobode i postaviti rotaciju i kretanje oko Z ose, gdje je brzina rotacije brzina vretena, a brzina kretanja brzina pomaka. Kreirajte unaprijed definirano temperaturno polje i definirajte temperaturu radnog komada kao 298K.
2.4 Mrežna podjela
Kvaliteta podjele mreže ima veliki utjecaj na rezultate simulacije konačnih elemenata. Stoga, prilikom povezivanja modela, prvo treba odabrati odgovarajući tip jedinice mreže, a točnost i cijenu treba sveobuhvatno razmotriti kako bi se razumno kontrolirala gustina mreže. Što je mreža gušća, to je veća tačnost rezultata simulacije, ali će povećati računske troškove. Minimalna veličina rešetke alata i rešetke radnog predmeta je 0.02 mm, a alat i radni komad su podijeljeni u ujednačene mreže. Struktura alata je složena, koristi se tetraedarska nezavisna strukturna mreža, tip je C3D10MT, a mreža alata je 74400 jedinica. Radni komad ima strukturiranu mrežu heksaedarskog oblika, mreža radnog komada je 26250 jedinica, a tip mreže radnog komada je C3D8RT. Alat i radni komad nakon umrežavanja prikazani su na sl. 2 i sl. 3 respektivno.
slika
Slika 2 Mreža alata
slika
Slika 3 Mreža radnog komada
2.5 Model rješenje
ABAQUS/Explicit se koristi za proračun modela, a tip koraka analize je dinamički eksplicitni termalno-mehanički korak analize sprege. Nakon što je proračun završen, rezultati se mogu pogledati i analizirati kroz ABAQUS modul za naknadnu obradu. Rezultati simulacije glodanja prikazani su na slici 4.
slika
Slika 4 Rezultati simulacije glodanja
Simulirani ortogonalni test
3
3.1 Eksperimentalni dizajn
Ovaj eksperiment uglavnom proučava utjecaj brzine rezanja vc, stražnjeg zahvata ap i pomaka po zubu fz na silu rezanja i temperaturu rezanja u procesu mljevenja legure volfram-molibdena, pa je postavljena ortogonalna tablica sa tri faktora i četiri nivoa (vidi Tabela 5), odnosno uzeti vc, ap i fz kao nezavisne varijable. Neka je širina rezanja ae=1mm, minimalna sila rezanja F i minimalna temperatura rezanja T kao odziv [6]. Prema principu odabira ortogonalne testne tablice, usvojena je ortogonalna tablica L16, a raspored ispitivanja i rezultati prikazani su u tabeli 6.
Tabela 5 Ortogonalni faktori i nivoi
slika
Tabela 6 Rezultati ortogonalnog testa
slika
3.2 Analiza rezultata simulacije konačnih elemenata
Metoda raspona R koristi se za analizu rezultata ortogonalnog testa, a raspon se odnosi na razliku između maksimalne i minimalne vrijednosti koja odgovara svakom indeksu nivoa. Metoda analize raspona, koja se naziva R metoda, najčešće je korištena metoda za analizu rezultata ortogonalnih eksperimenata. Ova metoda uključuje dva modula proračuna i prosuđivanja, te može utvrditi primarni i sekundarni, optimalni nivo i optimalnu kombinaciju faktora u testu [7]. Princip R metode je da se uporedi raspon vrijednosti u svakoj koloni izračunavanjem raspona. Što je veći raspon, veći je uticaj faktora na rezultat, koji je glavni faktor, a zatim analizirajte rezultat metodom intuitivne analize. Uzimajući minimalnu silu rezanja F kao indeks, vidi tabelu 7 za analizu rezultata ispitivanja. U tabeli, K1, K2, K3 i K4 su zbir rezultata ispitivanja na svakom nivou svakog faktora uticaja, a k1, k2, k3 i k4 su odgovarajuće prosečne vrednosti. vrijednost.
Tabela 7 Analiza rezultata testa indeksa F (Jedinica: N) Slika
From Table 7, it can be concluded that the amount of back cutting and feed per tooth have a great influence on the cutting force, and the primary and secondary influences are B>C>A, pa je optimalna šema indeksa F B1C2A2, odnosno brzina rezanja vc je 60m/s, količina posmaka po zubu fz je 0,16mm/z, a količina povratnog rezanja ap je 2mm. Uzimajući minimalnu temperaturu rezanja T kao indeks, analiza rezultata ispitivanja prikazana je u tabeli 8.
Tabela 8 Analiza rezultata testa indeksa T (jedinica: K)
slika
From Table 8, it can be concluded that the cutting speed and the amount of back cutting have a great influence on the cutting temperature, and the primary and secondary effects are A>C>B, tako da je poželjno rješenje A1B12C4, odnosno brzina rezanja vc je 50m/s, a brzina posmaka po zubu Količina fz je 0,16 mm/z, a količina ap je 4 mm.
Test mljevenja legure volfram-molibdena i provjera modela
4
4.1 Eksperimentalni dizajn
Za provjeru valjanosti modela konačnih elemenata testa glodanja legure volfram-molibdena, za glodanje je korišten CNC obradni centar JOHNFORD-VMC-850, a standardno 4-ivično glodalo od tvrdog metala odabran kao alat (vidi sliku 5).
slika
Slika 5 glodalica
Veličina lista radnog komada je 150mm×130mm×45mm. Da bi se radni komad učvrstio na dinamometru, montažna rupa se obrađuje na radnom komadu prije glodanja, a rupa se buši bušilicom od volframovog čelika φ8,6 mm, a zatim kroz cilindrični šestougaoni vijak M8 za pričvršćivanje. U eksperimentu je za mjerenje sile rezanja korišten trosmjerni dinamometar KISTLER9257b, dinamometar je fiksiran na stolu alatne mašine pomoću potisne ploče, a temperatura rezanja mjerena je infracrvenim termometrom. Učvršćivanje dinamometra i obratka prikazano je na slici 6, a postupak mjerenja sile i temperature prikazan je na slici 7.
slika
a) Obrada montažnih rupa
slika
b) Mjerač sile je fiksan
Slika 6 Učvršćivanje mjerača sile i radnog komada
slika
a) Mjerenje sile rezanja
slika
b) Merenje temperature rezanja
Slika 7 Proces mjerenja sile i temperature
4.2 Validacija modela
Za ispitivanje su odabrane tri grupe parametara rezanja. Simulirane vrijednosti, izmjerene vrijednosti i greške sile rezanja i temperature rezanja prikazane su u tabeli 9 i tabeli 10. Iz tabele 9 i tabele 10 se vidi da je maksimalna greška rezultata simulacije 15,6%, što je unutar 20%. , tako da rezultati ispitivanja ispunjavaju zahtjeve inženjerskih aplikacija.
Tabela 9 Simulacijske vrijednosti, izmjerene vrijednosti i greška sile rezanja
slika
Tabela 10 Simulacijske vrijednosti, izmjerene vrijednosti i greška temperature rezanja
slika
zaključak
5
U ovom radu, softver za analizu konačnih elemenata ABAQUS je korišten za uspostavljanje trodimenzionalnog modela mljevenja legure volfram-molibden. Prema različitim parametrima rezanja, proučavan je zakon varijacije sile rezanja i temperature rezanja nastalih u procesu mljevenja legure volfram-molibden, a ortogonalnim eksperimentima su dobijeni optimalni parametri glodanja. Kombinacija, navedite referencu za stvarno glodanje. Dobijeni zaključci su sljedeći.
1) The back engagement ap and the feed per tooth fz have a great influence on the cutting force F, and the primary and secondary influences are B>C>A. Dakle, optimalno rješenje sile rezanja F je B1C2A2, odnosno vc=60m/s, fz= 0.16mm/z, ap=2mm.
2) The cutting speed vc and the back cutting amount ap have a great influence on the cutting temperature T, and the primary and secondary influences are A>C>B. Dakle, optimalno rješenje temperature rezanja T je A1B1C4, odnosno vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Sveobuhvatno razmotriti efikasnost rezanja i prednosti u stvarnoj obradi, te dobiti optimalnu kombinaciju parametara procesa, odnosno vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }}mm.
