Volfram-molibdenova zlitina je material, ki ga je težko obdelati, z visokimi stroški obdelave, nizko učinkovitostjo obdelave in močno obrabo orodja. Z uporabo programske opreme za analizo končnih elementov ABAQUS je bil vzpostavljen tridimenzionalni model rezkanja zlitine volfram-molibden in proučen postopek rezkanja zlitine volfram-molibden za različne rezalne parametre. Zakon variacije rezalne sile in temperature rezanja se preveri s preskusom rezkanja, da se preveri učinkovitost simulacijskega modela. Optimalna kombinacija parametrov rezanja je bila pridobljena z ortogonalnimi poskusi, to je rezalna hitrost vc=60m/s, zadnji vpetje ap=3mm, podajanje na zob fz=0.16mm/z .
preambula
1
Volfram in molibden sta bogata z zalogami in zelo razširjena v moji državi. Volfram in molibden spadata v skupino VIIB elementov v periodnem sistemu elementov in sta tipični kovini z visokim tališčem. Ker ima zlitina volframa in molibdena višje tališče in manjšo gostoto kot čisti volfram, združuje prednosti volframa in molibdena. Odpornost proti koroziji in ablaciji [1], zato postaja pomemben material na področju letalstva, lahko se uporablja v šobah raketnih motorjev in ključnih komponentah plinskih turbin ter ima širše možnosti uporabe na prihodnjem industrijskem področju.
Da bi preučili načelo rezanja zlitine volfram-molibden, so znanstveniki izvedli veliko raziskovalnega dela. Ko je Luo Zhengchuan [2] uporabil orodja iz karbidne trdine za rezanje zlitin na osnovi volframa, je bila obraba orodja izjemno hitra in glavna oblika obrabe, ki je povzročila okvaro orodij iz karbidne trdine, je bilo trikotno območje obrabe, ki se je pojavilo na presečišču glavnega bok in pomožni bok. Glavni vzrok obrabe orodja je mehanska obraba, ki jo povzročajo trde točke, difuzija kobalta kot veziva v karbidu pa pospešuje obrabo orodja. Pri rezanju zlitin na osnovi volframa je Ye Yi [3] ugotovil, da imajo drobnozrnata ali ultrafino zrnata orodja iz karbidne trdine na osnovi WC s premazi na površini, odpornimi proti obrabi, krajšo življenjsko dobo. Neekonomično je obdelovati njegove zlitine. Orodja iz kompozitne keramike niso primerna za rezanje materialov z visoko vsebnostjo volframovih zlitin, življenjska doba diamantnih orodij PCD pa ni bistveno izboljšana v primerjavi z orodji iz cementnega karbida na osnovi WC. Volfram in njegove zlitine je najbolje obdelati z rezalnimi orodji PCBN in vrstami z večjo vsebnostjo CBN (kot je DBC80), tako da je mogoče doseči boljše gospodarske koristi.
Programska oprema ABAQUS za analizo končnih elementov je pogosto uporabljena programska oprema za simulacijo rezanja kovin. Ima zmogljive funkcije nelinearne analize in lahko realizira toplotno-mehansko sklopitev. Volfram-molibdenova zlitina je material, ki ga je težko strojno obdelovati in ima visoke stroške obdelave, nizko učinkovitost obdelave in močno obrabo orodja. Zato ta dokument uporablja programsko opremo za analizo končnih elementov ABAQUS za vzpostavitev tridimenzionalnega modela rezkanja zlitine volframa in molibdena. Rezalna sila in rezalna temperatura, ki nastaneta v procesu, se spremenita in na koncu se z ortogonalnim testom pridobi optimalna kombinacija parametrov rezkanja, ki predstavlja referenco za dejanski postopek rezkanja.
Modeliranje končnih elementov zlitine volframa in molibdena
2
2.1 Model geometrije orodja
Simulacija uporablja standardno čelno rezkalo iz karbidne trdine 4-, specifikacije pa so prikazane v tabeli 1. Model rezkarja je ustvarjen z uporabo programske opreme za modeliranje 3D SolidWorks, kot je prikazano na sliki 1. Ker je namen te študije je analizirati variacijo rezalne sile in temperature rezanja pri različnih parametrih rezkanja in glede na to, da je glavni rezalni rob orodja veliko manjši od obdelovanca, se orodje v analizi končnih elementov ABAQUS domneva, da je togo telo, ne glede na to deformacije in obrabe orodja so fizikalni parametri orodja prikazani v tabeli 2.
Tabela 1 Specifikacije orodja (enota: mm) slika
slika
Slika 1 Model rezkarja
Tabela 2 Fizični parametri orodja
slika
2.2 Konstitutivni model materiala iz zlitine volframa in molibdena
Simulacijski material obdelovanca v tem dokumentu je zlitina volframa in molibdena, glavni fizikalni in mehanski parametri zmogljivosti pa so prikazani v tabeli 3 [4].
Tabela 3 Fizikalni parametri materialov iz zlitin volframa in molibdena
slika
V procesu rezanja kovin so v večini primerov materiali podvrženi elastično-plastični deformaciji pri visoki temperaturi, visoki deformaciji in visoki deformacijski stopnji, zato je vzpostavitev primernega materialnega modela tudi ključni korak za uspešno simulacijo. Materialni model v tem prispevku vzame Johnson-Cookov konstitutivni model, ki lahko odraža učinek deformacijskega utrjevanja, učinek deformacijskega utrjevanja in učinek toplotnega mehčanja materiala, njegova oblika pa je
slika
V formuli je σ napetost toka (MPa); ε je plastična deformacija; ε0 je referenčna hitrost deformacije; T je temperatura (stopinja); Tr je sobna temperatura (stopinja); Tm je tališče materiala (stopnja); A, B, C, m in n so materialni parametri, vrednosti pa so prikazane v tabeli 4[5].
Tabela 4 Johnson-Cookov konstitutivni model parametrov materialov iz zlitine volframa in molibdena
slika
2.3 Kontaktni in robni pogoji
Ustvarite kontaktni atribut in ker se orodje med simulacijo obravnava kot togo telo, morate ustvariti še eno omejitev togega telesa. Ustvarite robni pogoj pod začetnim korakom analize, da omejite vse prostostne stopnje na strani obdelovanca. Orodje mora omejiti 4 prostostne stopinje in nastaviti vrtenje in gibanje okoli osi Z, kjer je hitrost vrtenja hitrost vretena, hitrost premikanja pa hitrost podajanja. Ustvarite vnaprej določeno temperaturno polje in določite temperaturo obdelovanca kot 298 K.
2.4 Delitev mreže
Kakovost razdelitve mreže ima velik vpliv na rezultate simulacije končnih elementov. Zato je treba pri mrežnem povezovanju modela najprej izbrati ustrezno vrsto mrežne enote, natančnost in ceno pa je treba celovito upoštevati, da bi razumno nadzorovali gostoto mreže. Gostejša kot je mreža, večja je natančnost rezultatov simulacije, vendar bo to povečalo računske stroške. Najmanjša velikost mreže orodja in mreže obdelovanca je 0,02 mm, orodje in obdelovanec pa sta razdeljena na enotne mreže. Struktura orodja je kompleksna, uporablja tetraedrično neodvisno strukturno mrežo, tip je C3D10MT, mreža orodja pa ima 74400 enot. Obdelovanec ima heksaedrično strukturirano mrežo, mreža obdelovanca je 26250 enot, vrsta mreže obdelovanca pa je C3D8RT. Orodje in obdelovanec po zapletanju sta prikazana na sliki 2 oziroma na sliki 3.
slika
Slika 2 Mreža orodij
slika
Slika 3 Mreža obdelovanca
2.5 Modelna rešitev
ABAQUS/Explicit se uporablja za izračun modela, vrsta koraka analize pa je dinamični eksplicitni korak analize termično-mehanske sklopitve. Po končanem izračunu si lahko rezultate ogledate in analizirate prek modula za naknadno obdelavo ABAQUS. Rezultati simulacije rezkanja so prikazani na sliki 4.
slika
Slika 4 Rezultati simulacije rezkanja
Simulirani ortogonalni test
3
3.1 Eksperimentalna zasnova
Ta eksperiment preučuje predvsem vpliv rezalne hitrosti vc, zadnjega vpetja ap in podajanja na zob fz na rezalno silo in temperaturo rezanja v procesu rezkanja zlitine volfram-molibden, zato je postavljena ortogonalna tabela s tremi faktorji in štirimi nivoji (glej Tabela 5), to je vzemite vc, ap in fz kot neodvisne spremenljivke. Naj bodo rezalna širina ae=1mm, najmanjša rezalna sila F in najmanjša rezalna temperatura T kot odziv [6]. V skladu z izbirnim načelom pravokotne preskusne mize je sprejeta pravokotna tabela L16, preskusna razporeditev in rezultati pa so prikazani v tabeli 6.
Tabela 5 Ortogonalni faktorji in ravni
slika
Tabela 6 Rezultati pravokotnega testa
slika
3.2 Analiza rezultatov simulacije končnih elementov
Metoda obsega R se uporablja za analizo rezultatov ortogonalnega testa, obseg pa se nanaša na razliko med najvišjo vrednostjo in najmanjšo vrednostjo, ki ustreza posameznemu indeksu ravni. Metoda analize obsega, imenovana metoda R, je najpogosteje uporabljena metoda za analizo rezultatov ortogonalnih poskusov. Ta metoda vključuje dva modula izračuna in presoje ter lahko ugotovi primarno in sekundarno, optimalno raven in optimalno kombinacijo dejavnikov v testu [7]. Načelo metode R je primerjava razpona vrednosti v vsakem stolpcu z izračunom razpona. Večji kot je razpon, večji je vpliv dejavnika na rezultat, ki je glavni dejavnik, nato pa analizirajte rezultat z intuitivno metodo analize. Če upoštevamo najmanjšo rezalno silo F kot indeks, glej tabelo 7 za analizo rezultatov preskusa. V tabeli so K1, K2, K3 in K4 vsota rezultatov testiranja na vsaki ravni vsakega vplivnega faktorja, k1, k2, k3 in k4 pa ustrezne povprečne vrednosti. vrednost.
Tabela 7 Analiza rezultatov testa indeksa F (enota: 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, torej je optimalna shema indeksa F B1C2A2, to je rezalna hitrost vc 60m/s, količina pomika na zob fz 0,16mm/z in količina povratnega rezanja ap je 2 mm. Če za indeks vzamemo minimalno temperaturo rezanja T, je analiza rezultatov preskusa prikazana v tabeli 8.
Tabela 8 Analiza rezultatov testa indeksa T (enota: 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, zato je prednostna rešitev A1B12C4, kar pomeni, da je rezalna hitrost vc 50m/s, podajalna hitrost na zob pa količina fz 0,16 mm/z, količina ap pa 4 mm.
Test rezkanja zlitine volfram-molibden in preverjanje modela
4
4.1 Eksperimentalna zasnova
Da bi preverili veljavnost modela končnih elementov preskusa rezkanja zlitine volfram-molibden, je bil za rezkanje uporabljen CNC obdelovalni center JOHNFORD-VMC-850, standardni 4-rezkar z robovi iz karbidne trdine izbrano kot orodje (glej sliko 5).
slika
Slika 5 rezkalo
Velikost lista obdelovanca je 150mm×130mm×45mm. Da bi pritrdili obdelovanec na dinamometer, je montažna luknja obdelana na obdelovancu pred rezkanjem, luknja pa je izvrtana s svedrom iz volframovega jekla φ8,6 mm, nato pa skozi vijak M8 z valjasto glavo in šestrobo glavo za pritrditev. V poskusu je bil za merjenje rezalne sile uporabljen trosmerni dinamometer KISTLER9257b, ki je bil s tlačno ploščo pritrjen na mizo stroja, temperatura rezanja pa je bila izmerjena z infrardečim termometrom. Pritrditev dinamometra in obdelovanca je prikazana na sliki 6, postopek merjenja sile in merjenja temperature pa na sliki 7.
slika
a) Obdelava pritrdilnih lukenj
slika
b) Merilnik sile je fiksen
Slika 6 Pritrditev merilnika sile in obdelovanca
slika
a) Merjenje rezalne sile
slika
b) Merjenje temperature rezanja
Slika 7 Merjenje sile in postopek merjenja temperature
4.2 Validacija modela
Za testiranje so bile izbrane tri skupine rezalnih parametrov. Simulirane vrednosti, izmerjene vrednosti in napake rezalne sile in rezalne temperature so prikazane v tabeli 9 in tabeli 10. Iz tabele 9 in tabele 10 je razvidno, da je največja napaka rezultatov simulacije 15,6%, kar je znotraj 20% , tako da rezultati preskusa izpolnjujejo zahteve inženirskih aplikacij.
Tabela 9 Simulacijska vrednost, izmerjena vrednost in napaka rezalne sile
slika
Tabela 10 Simulacijska vrednost, izmerjena vrednost in napaka temperature rezanja
slika
sklep
5
V tem prispevku je programska oprema ABAQUS za analizo končnih elementov uporabljena za vzpostavitev tridimenzionalnega modela rezkanja zlitine volfram-molibden. Glede na različne rezalne parametre je preučen variacijski zakon rezalne sile in rezalne temperature, ki nastanejo v procesu rezkanja volfram-molibdenove zlitine, optimalni parametri rezkanja pa so pridobljeni z ortogonalnimi poskusi. Kombinacija, navedite referenco za dejansko rezkanje. Dobljeni sklepi so naslednji.
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. Zato je optimalna rešitev rezalne sile F B1C2A2, to je 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. Zato je optimalna rešitev temperature rezanja T A1B1C4, to je vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Izčrpno upoštevajte učinkovitost rezanja in prednosti pri dejanski obdelavi ter pridobite optimalno kombinacijo procesnih parametrov, to je vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }} mm.
