Volframo-molibdeno lydinys yra sunkiai apdirbama medžiaga, pasižyminti didelėmis apdirbimo sąnaudomis, mažu apdorojimo efektyvumu ir dideliu įrankių susidėvėjimu. Naudojant ABAQUS baigtinių elementų analizės programinę įrangą, buvo sukurtas trimatis volframo-molibdeno lydinio frezavimo modelis, ištirtas volframo-molibdeno lydinio frezavimo procesas įvairiems pjovimo parametrams. Pjovimo jėgos ir pjovimo temperatūros kitimo dėsnis patikrinamas atliekant frezavimo testą, siekiant patikrinti modeliavimo modelio efektyvumą. Optimalus pjovimo parametrų derinys buvo gautas atliekant stačiakampius eksperimentus, tai yra, pjovimo greitis vc=60m/s, nugaros įtraukimas ap=3mm, pastūma vienam dantukui fz=0,16 mm/z .
preambulė
1
Volframas ir molibdenas turi daug atsargų ir plačiai paplitę mano šalyje. Volframas ir molibdenas priklauso VIIB grupės elementams periodinėje elementų lentelėje ir yra tipiški aukštos lydymosi temperatūros metalai. Kadangi volframo ir molibdeno lydinys turi aukštesnę lydymosi temperatūrą ir mažesnį tankį nei grynas volframas, jis sujungia volframo ir molibdeno pranašumus. Atsparumas korozijai ir abliacijai [1], todėl tampa svarbia medžiaga aviacijos ir kosmoso srityje, gali būti naudojamas raketų variklių purkštukuose ir pagrindiniuose dujų turbinų komponentuose, o ateities pramonės srityje turi platesnes taikymo perspektyvas.
Siekdami ištirti volframo-molibdeno lydinio pjovimo principą, mokslininkai atliko daug mokslinių darbų. Kai Luo Zhengchuan [2] naudojo cementinio karbido įrankius volframo lydiniams pjaustyti, įrankis susidėvėjo itin greitai, o pagrindinė susidėvėjimo forma, sukėlusi cementinio karbido įrankių gedimą, buvo trikampė nusidėvėjimo sritis, atsiradusi pagrindinio metalo sankirtoje. flangas ir pagalbinis flangas. Pagrindinė įrankių nusidėvėjimo priežastis yra mechaninis susidėvėjimas, kurį sukelia kietieji taškai, o kobalto kaip rišiklio difuzija cementuotame karbide pagreitina įrankių nusidėvėjimą. Pjaudamas volframo lydinius, Ye Yi [3] nustatė, kad smulkiagrūdžiai arba itin smulkūs WC pagrindu pagaminti cementuoto karbido įrankiai, kurių paviršius padengtas dilimui atspariomis dangomis, tarnauja trumpiau. Neekonomiška apdirbti jo lydinius. Kompozitiniai keraminiai įrankiai netinka pjauti daug volframo lydinio medžiagas, o PCD deimantinių įrankių tarnavimo laikas nėra žymiai pailgėjęs, palyginti su tualetu cementuotu karbidu. Volframas ir jo lydinių medžiagos geriausiai apdorojamos PCBN pjovimo įrankiais ir rūšimis, kuriose yra daugiau CBN (pvz., DBC80), kad būtų galima gauti geresnę ekonominę naudą.
ABAQUS baigtinių elementų analizės programinė įranga yra dažniausiai naudojama metalo pjovimo modeliavimo programinė įranga. Jis turi galingas netiesinės analizės funkcijas ir gali realizuoti terminį-mechaninį sujungimą. Volframo-molibdeno lydinys yra sunkiai apdirbama medžiaga, kuri pasižymi didelėmis apdirbimo sąnaudomis, mažu apdorojimo efektyvumu ir dideliu įrankių susidėvėjimu. Todėl šiame darbe naudojama ABAQUS baigtinių elementų analizės programinė įranga, siekiant sukurti trimatį volframo-molibdeno lydinio frezavimo modelį. Pakeičiama proceso metu susidariusi pjovimo jėga ir pjovimo temperatūra, o pagaliau optimalus frezavimo parametrų derinys gaunamas atliekant ortogonalinį testą, kuris yra faktinio frezavimo proceso nuoroda.
Volframo-molibdeno lydinio baigtinių elementų modeliavimas
2
2.1 Įrankio geometrijos modelis
Modeliuojant naudojamas standartinis cementuoto karbido 4-menčių galinis frezas, o specifikacijos pateiktos 1 lentelėje. Frezavimo pjovimo modelis generuojamas naudojant SolidWorks 3D modeliavimo programinę įrangą, kaip parodyta 1 paveiksle. Kadangi šio tyrimo tikslas yra išanalizuoti pjovimo jėgos ir pjovimo temperatūros kitimą esant skirtingiems frezavimo parametrams ir, atsižvelgiant į tai, kad pagrindinė įrankio pjovimo briauna yra daug mažesnė nei ruošinio, ABAQUS baigtinių elementų analizėje įrankis laikomas standžiu korpusu, nepaisant Įrankio deformacijos ir nusidėvėjimo, fiziniai įrankio parametrai pateikti 2 lentelėje.
1 lentelė Įrankio specifikacijų (vienetas: mm) pav
paveikslėlį
1 pav. Frezavimo frezos modelis
2 lentelė Įrankio fiziniai parametrai
paveikslėlį
2.2 Volframo-molibdeno lydinio medžiagos konstitucinis modelis
Šiame darbe modeliuojama ruošinio medžiaga yra volframo-molibdeno lydinys, o pagrindiniai fiziniai ir mechaniniai eksploataciniai parametrai pateikti 3 lentelėje[4].
3 lentelė Volframo-molibdeno lydinių medžiagų fiziniai parametrai
paveikslėlį
Metalo pjovimo procese daugeliu atvejų medžiagos patiria elastinę-plastinę deformaciją esant aukštai temperatūrai, dideliam įtempimui ir dideliam deformacijos greičiui, todėl pagrįsto medžiagos modelio sukūrimas taip pat yra pagrindinis sėkmingo modeliavimo žingsnis. Šiame dokumente pateiktas medžiagos modelis pritaikytas Johnson-Cook konstituciniam modeliui, kuris gali atspindėti įtempimo kietėjimo efektą, įtempimo kietėjimo efektą ir šiluminio minkštinimo efektą, o jo forma yra
paveikslėlį
Formulėje σ yra srauto įtempis (MPa); ε yra plastinė deformacija; ε0 yra atskaitos deformacijos greitis; T yra temperatūra (laipsnis); Tr yra kambario temperatūra (laipsnis); Tm – medžiagos lydymosi temperatūra (laipsnis); A, B, C, m ir n yra medžiagos parametrai, o reikšmės pateiktos 4 lentelėje[5].
4 lentelė. Johnson-Cook volframo ir molibdeno lydinių medžiagų modelio parametrai
paveikslėlį
2.3 Susisiekimas ir ribinės sąlygos
Sukurkite kontakto atributą, o kadangi įrankis modeliavimo metu laikomas standžiu kūnu, turite sukurti kitą standų kūno suvaržymą. Pradiniame analizės etape sukurkite ribinę sąlygą, kad apribotumėte visus ruošinio šono laisvės laipsnius. Įrankis turi apriboti 4 laisvės laipsnius ir nustatyti sukimąsi ir judėjimą aplink Z ašį, kur sukimosi greitis yra veleno greitis, o judėjimo greitis yra padavimo greitis. Sukurkite iš anksto nustatytą temperatūros lauką ir apibrėžkite ruošinio temperatūrą kaip 298K.
2.4 Tinklo padalijimas
Tinklo dalijimosi kokybė turi didelę įtaką baigtinių elementų modeliavimo rezultatams. Todėl, sujungiant modelį, pirmiausia reikia pasirinkti tinkamą tinklelio tipą ir visapusiškai atsižvelgti į tikslumą bei kainą, kad būtų galima pagrįstai kontroliuoti tinklelio tankį. Kuo tankesnis tinklelis, tuo didesnis modeliavimo rezultatų tikslumas, tačiau tai padidins skaičiavimo sąnaudas. Mažiausias įrankio tinklelio ir ruošinio tinklelio dydis yra 0,02 mm, o įrankis ir ruošinys atitinkamai suskirstyti į vienodus tinklelius. Įrankio struktūra yra sudėtinga, naudojant tetraedrinį nepriklausomą struktūrinį tinklelį, tipas yra C3D10MT, o įrankių tinklelis yra 74 400 vienetų. Ruošinys turi šešiakampės struktūros tinklelį, ruošinio tinklelis yra 26250 vienetų, o ruošinio tinklelio tipas yra C3D8RT. Įrankis ir ruošinys po sujungimo atitinkamai parodyti 2 ir 3 pav.
paveikslėlį
2 pav. Įrankių tinklelis
paveikslėlį
3 pav. Ruošinio tinklelis
2.5 Modelinis sprendimas
ABAQUS/Explicit naudojamas modelio skaičiavimui, o analizės žingsnio tipas yra dinaminės eksplicitinės šiluminės-mechaninės jungties analizės žingsnis. Baigus skaičiavimą, rezultatus galima peržiūrėti ir analizuoti naudojant ABAQUS papildomo apdorojimo modulį. Frezavimo modeliavimo rezultatai parodyti 4 pav.
paveikslėlį
4 pav. Frezavimo modeliavimo rezultatai
Imituotas ortogonalinis testas
3
3.1 Eksperimentinis dizainas
Šiame eksperimente daugiausia tiriama pjovimo greičio vc, atgalinio įsijungimo ap ir pastūmos vienam dantukui fz įtaka pjovimo jėgai ir pjovimo temperatūrai volframo-molibdeno lydinio frezavimo procese, todėl sudaroma stačiakampė lentelė su trimis faktoriais ir keturiais lygiais (žr. 5 lentelė), ty vc, ap ir fz kaip nepriklausomus kintamuosius. Tegul pjovimo plotis yra=1mm, mažiausia pjovimo jėga F ir mažiausia pjovimo temperatūra T [6]. Pagal stačiakampio testo lentelės pasirinkimo principą priimama L16 stačiakampė lentelė, o bandymo išdėstymas ir rezultatai pateikti 6 lentelėje.
5 lentelė Ortogonaliniai veiksniai ir lygiai
paveikslėlį
6 lentelė Ortogonalinio testo rezultatai
paveikslėlį
3.2 Baigtinių elementų modeliavimo rezultatų analizė
Diapazono R metodas naudojamas stačiakampio testo rezultatams analizuoti, o diapazonas reiškia skirtumą tarp didžiausios ir mažiausios vertės, atitinkančios kiekvieną lygio indeksą. Diapazono analizės metodas, vadinamas R metodu, yra dažniausiai naudojamas metodas stačiakampių eksperimentų rezultatams analizuoti. Šis metodas apima du skaičiavimo ir sprendimo modulius ir gali nustatyti pirminį ir antrinį, optimalų lygį ir optimalų veiksnių derinį teste [7]. R metodo principas yra lyginti kiekvieno stulpelio reikšmių diapazoną skaičiuojant diapazoną. Kuo didesnis diapazonas, tuo didesnė veiksnio įtaka rezultatui, kuris yra pagrindinis veiksnys, ir tada analizuokite rezultatą intuityviosios analizės metodu. Atsižvelgiant į mažiausią pjovimo jėgą F kaip indeksą, žr. 7 lentelę, kurioje pateikiama bandymo rezultatų analizė. Lentelėje K1, K2, K3 ir K4 yra kiekvieno įtakojančio faktoriaus kiekvieno lygio bandymų rezultatų suma, o k1, k2, k3 ir k4 yra atitinkamos vidutinės vertės. vertė.
7 lentelė Indekso F testo rezultatų analizė (vienetas: N) Pav
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, todėl optimali indekso F schema yra B1C2A2, tai yra, pjovimo greitis vc yra 60m/s, pastūmos vienam dantukui fz kiekis yra 0,16 mm/z, o atgalinio pjovimo ap. yra 2 mm. Indeksu imant mažiausią pjovimo temperatūrą T, bandymo rezultatų analizė parodyta 8 lentelėje.
8 lentelė Indekso T testo rezultatų analizė (vienetas: K)
paveikslėlį
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, todėl pageidautinas sprendimas yra A1B12C4, tai yra, pjovimo greitis vc yra 50m/s, o pastūmos greitis vienam dantukui Kiekis fz yra 0,16 mm/z, o kiekis ap yra 4 mm.
Volframo-molibdeno lydinio frezavimo bandymas ir modelio patikra
4
4.1 Eksperimentinis dizainas
Siekiant patikrinti volframo-molibdeno lydinio frezavimo bandymo baigtinių elementų modelio pagrįstumą, frezavimui buvo naudojamas CNC apdirbimo centras JOHNFORD-VMC-850, o standartinis 4-kraštinis karbido galinis frezavimas. pasirinktas kaip įrankis (žr. 5 pav.).
paveikslėlį
5 pav. Frezė
Ruošinio lapo dydis yra 150 mm × 130 mm × 45 mm. Norint pritvirtinti ruošinį ant dinamometro, prieš frezuojant ruošinyje apdorojama tvirtinimo anga, o skylė išgręžiama φ8,6 mm volframo plieno grąžtu, o tada pritvirtinimui per cilindrinės galvutės šešiakampį galvutės varžtą M8. Eksperimente pjovimo jėgai matuoti buvo naudojamas KISTLER9257b trijų krypčių dinamometras, dinamometras ant staklių stalo buvo pritvirtintas prispaudimo plokštele, o pjovimo temperatūra matuojama infraraudonųjų spindulių termometru. Dinamometro ir ruošinio tvirtinimas parodytas 6 paveiksle, o jėgos matavimo ir temperatūros matavimo procesas parodytas 7 pav.
paveikslėlį
a) Tvirtinimo skylių apdirbimas
paveikslėlį
b) Jėgos matuoklis yra fiksuotas
6 pav. Jėgos matuoklio ir ruošinio tvirtinimas
paveikslėlį
a) Pjovimo jėgos matavimas
paveikslėlį
b) Pjovimo temperatūros matavimas
7 pav. Jėgos matavimo ir temperatūros matavimo procesas
4.2 Modelio patvirtinimas
Bandymui pasirinktos trys pjovimo parametrų grupės. Pjovimo jėgos ir pjovimo temperatūros modeliuojamos vertės, išmatuotos vertės ir paklaidos pateiktos 9 ir 10 lentelėse. Iš 9 ir 10 lentelių matyti, kad maksimali modeliavimo rezultatų paklaida yra 15,6 %, tai yra 20 % ribose. , todėl bandymų rezultatai atitinka inžinerinių programų reikalavimus.
9 lentelė Modeliavimo vertė, išmatuota vertė ir pjovimo jėgos paklaida
paveikslėlį
10 lentelė Modeliavimo vertė, išmatuota vertė ir pjovimo temperatūros paklaida
paveikslėlį
išvada
5
Šiame darbe ABAQUS baigtinių elementų analizės programinė įranga naudojama trimačiam volframo-molibdeno lydinio frezavimo modeliui sukurti. Pagal skirtingus pjovimo parametrus tiriamas volframo-molibdeno lydinio frezavimo procese susidarančios pjovimo jėgos ir pjovimo temperatūros kitimo dėsnis, o optimalūs frezavimo parametrai gaunami atliekant ortogoninius eksperimentus. Derinys, pateikite faktinio frezavimo nuorodą. Gautos išvados yra tokios.
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. Todėl optimalus pjovimo jėgos F sprendimas yra B1C2A2, tai yra 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. Todėl optimalus pjovimo temperatūros T sprendimas yra A1B1C4, tai yra vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Išsamiai apsvarstykite pjovimo efektyvumą ir naudą faktinio apdorojimo metu ir gaukite optimalų proceso parametrų derinį, ty vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }} mm.
