Volframa-molibdēna sakausējums ir grūti apstrādājams materiāls ar augstām apstrādes izmaksām, zemu apstrādes efektivitāti un smagu instrumentu nodilumu. Izmantojot ABAQUS galīgo elementu analīzes programmatūru, tika izveidots volframa-molibdēna sakausējuma trīsdimensiju frēzēšanas modelis un izpētīts volframa-molibdēna sakausējuma frēzēšanas process dažādiem griešanas parametriem. Griešanas spēka un griešanas temperatūras variācijas likums tiek pārbaudīts ar frēzēšanas testu, lai pārbaudītu simulācijas modeļa efektivitāti. Optimālā griešanas parametru kombinācija tika iegūta ortogonālos eksperimentos, tas ir, griešanas ātrums vc=60m/s, aizmugures saķere ap=3mm, padeve uz zobu fz=0.16mm/z .
preambula
1
Volframs un molibdēns ir bagāti ar rezervēm un plaši izplatīti manā valstī. Volframs un molibdēns pieder pie VIIB grupas elementiem elementu periodiskajā tabulā un ir tipiski metāli ar augstu kušanas temperatūru. Tā kā volframa-molibdēna sakausējumam ir augstāka kušanas temperatūra un mazāks blīvums nekā tīram volframam, tas apvieno volframa un molibdēna priekšrocības. Izturība pret koroziju un ablāciju [1], tāpēc tas kļūst par svarīgu materiālu aviācijas un kosmosa jomā, var tikt izmantots raķešu dzinēju sprauslās un gāzturbīnu galvenajos komponentos, un tam ir plašākas pielietojuma perspektīvas nākotnes rūpniecības jomā.
Lai izpētītu volframa-molibdēna sakausējuma griešanas principu, zinātnieki ir veikuši lielu pētniecisko darbu. Kad Luo Zhengchuan [2] izmantoja cementēta karbīda instrumentus, lai grieztu uz volframa bāzes izgatavotus sakausējumus, instrumentu nodilums bija ārkārtīgi ātrs, un galvenā nodiluma forma, kas izraisīja cementētā karbīda darbarīku atteici, bija trīsstūrveida nodiluma zona, kas parādījās galvenās daļas krustojumā. flangs un palīgflangs. Galvenais instrumentu nodiluma cēlonis ir mehānisks nodilums, ko izraisa cietie punkti, un kobalta kā saistvielas difūzija cementētā karbīdā paātrina instrumenta nodilumu. Griežot uz volframa bāzes izgatavotus sakausējumus, Ye Yi [3] atklāja, ka smalkgraudainiem vai īpaši smalkgraudainiem WC bāzes cementēta karbīda instrumentiem ar nodilumizturīgu pārklājumu uz virsmas ir īsāks kalpošanas laiks. Ir neekonomiski apstrādāt tā sakausējumus. Kompozītmateriālu keramikas instrumenti nav piemēroti materiālu griešanai ar augstu volframa sakausējumu, un PCD dimanta instrumentu kalpošanas laiks nav būtiski uzlabots salīdzinājumā ar cementētu karbīdu uz tualetes bāzes. Volframu un tā sakausējumu materiālus vislabāk var apstrādāt ar PCBN griezējinstrumentiem un šķirnēm ar lielāku CBN saturu (piemēram, DBC80), lai varētu iegūt labākus ekonomiskos ieguvumus.
ABAQUS galīgo elementu analīzes programmatūra ir plaši izmantota programmatūra metāla griešanas simulācijai. Tam ir spēcīgas nelineāras analīzes funkcijas un tas var realizēt termiski mehānisko savienojumu. Volframa-molibdēna sakausējums ir grūti apstrādājams materiāls, kam ir augstas apstrādes izmaksas, zema apstrādes efektivitāte un liels instrumentu nodilums. Tāpēc šajā rakstā tiek izmantota ABAQUS galīgo elementu analīzes programmatūra, lai izveidotu volframa-molibdēna sakausējuma trīsdimensiju frēzēšanas modeli. Tiek mainīts procesā radītais griešanas spēks un griešanas temperatūra, un visbeidzot, izmantojot ortogonālo testu, tiek iegūta optimālā frēzēšanas parametru kombinācija, kas nodrošina atsauci faktiskajam frēzēšanas procesam.
Volframa-molibdēna sakausējuma galīgo elementu modelēšana
2
2.1 Instrumenta ģeometrijas modelis
Simulācijā tiek izmantota cementēta karbīda standarta 4-asmens gala frēze, un specifikācijas ir parādītas 1. tabulā. Frēzes modelis tiek ģenerēts, izmantojot SolidWorks 3D modelēšanas programmatūru, kā parādīts 1. attēlā. Tā kā šī pētījuma mērķis ir analizēt griešanas spēka un griešanas temperatūras izmaiņas pie dažādiem frēzēšanas parametriem un, ņemot vērā, ka instrumenta galvenā griešanas mala ir daudz mazāka par sagatavi, ABAQUS galīgo elementu analīzē instruments tiek pieņemts kā stingrs korpuss, neatkarīgi no instrumenta deformāciju un nodilumu, instrumenta fizikālie parametri ir parādīti 2. tabulā.
1. tabula Instrumenta specifikācijas (mērvienība: mm) attēls
bilde
1. attēls Frēzes modelis
2. tabula Instrumenta fiziskie parametri
bilde
2.2. Volframa-molibdēna sakausējuma materiāla konstitutīvs modelis
Simulācijas sagataves materiāls šajā rakstā ir volframa-molibdēna sakausējums, un galvenie fizikālās un mehāniskās veiktspējas parametri ir parādīti 3. tabulā[4].
3. tabula Volframa-molibdēna sakausējuma materiālu fizikālie parametri
bilde
Metāla griešanas procesā vairumā gadījumu materiāli tiek pakļauti elastīgi plastiskai deformācijai augstā temperatūrā, augstā deformācijā un lielā deformācijas ātrumā, tāpēc saprātīga materiāla modeļa izveide ir arī galvenais solis veiksmīgai simulācijai. Materiāla modelis šajā rakstā izmanto Johnson-Cook konstitutīvo modeli, kas var atspoguļot materiāla deformācijas sacietēšanas efektu, deformācijas sacietēšanas efektu un termiski mīkstinošu efektu, un tā forma ir
bilde
Formulā σ ir plūsmas spriegums (MPa); ε ir plastmasas deformācija; ε0 ir atsauces deformācijas ātrums; T ir temperatūra ( grāds ); Tr ir telpas temperatūra ( grāds ); Tm ir materiāla kušanas temperatūra (grāds); A, B, C, m un n ir materiāla parametri, un vērtības ir parādītas 4. tabulā[5].
4. tabula Volframa-molibdēna sakausējuma materiālu Džonsona-Kuka konstitutīvā modeļa parametri
bilde
2.3. Saskarsme un robežnosacījumi
Izveidojiet kontakta atribūtu, un, tā kā simulācijas laikā rīks tiek uzskatīts par stingru korpusu, jums ir jāizveido vēl viens stingrs korpusa ierobežojums. Sākotnējā analīzes posmā izveidojiet robežnosacījumu, lai ierobežotu visas brīvības pakāpes sagataves sānos. Instrumentam ir jāierobežo 4 brīvības pakāpes un jāiestata rotācija un kustība ap Z asi, kur rotācijas ātrums ir vārpstas ātrums un kustības ātrums ir padeves ātrums. Izveidojiet iepriekš definētu temperatūras lauku un definējiet sagataves temperatūru kā 298K.
2.4 Tīkla dalījums
Tīkla dalīšanas kvalitātei ir liela ietekme uz galīgo elementu simulācijas rezultātiem. Tāpēc, savienojot modeli, vispirms ir jāizvēlas atbilstošais acs vienības veids un rūpīgi jāapsver precizitāte un izmaksas, lai saprātīgi kontrolētu acs blīvumu. Jo blīvāks ir režģis, jo augstāka ir simulācijas rezultātu precizitāte, taču tas palielinās skaitļošanas izmaksas. Instrumenta režģa un sagataves režģa minimālais izmērs ir 0,02 mm, un rīks un sagatave ir attiecīgi sadalīti vienotos režģos. Instrumenta struktūra ir sarežģīta, izmantojot tetraedrisku neatkarīgu strukturālo režģi, tips ir C3D10MT, un instrumentu režģis ir 74 400 vienības. Apstrādājamā detaļa izmanto sešskaldņu strukturētu režģi, sagataves režģis ir 26250 vienības, un sagataves režģa tips ir C3D8RT. Instruments un sagatave pēc savienošanas ir parādīti attiecīgi 2. un 3. attēlā.
bilde
2. attēls Rīku režģis
bilde
3. attēls Sagataves režģis
2.5 Modeļa risinājums
ABAQUS/Explicit tiek izmantots modeļa aprēķināšanai, un analīzes posma veids ir dinamiskas skaidras termiski mehāniskās sakabes analīzes solis. Kad aprēķins ir pabeigts, rezultātus var apskatīt un analizēt, izmantojot ABAQUS pēcapstrādes moduli. Frēzēšanas simulācijas rezultāti parādīti 4. att.
bilde
4. attēls. Frēzēšanas simulācijas rezultāti
Simulēts ortogonālais tests
3
3.1. Eksperimentālais dizains
Šajā eksperimentā galvenokārt tiek pētīta griešanas ātruma vc, atpakaļsaistes ap un padeves uz zoba fz ietekme uz griešanas spēku un griešanas temperatūru volframa-molibdēna sakausējuma frēzēšanas procesā, tāpēc tiek izveidota ortogonāla tabula ar trim faktoriem un četriem līmeņiem (sk. Tabula 5) , tas ir, ņemiet vc, ap un fz kā neatkarīgus mainīgos. Ļaujiet griešanas platumam=1mm, minimālajam griešanas spēkam F un minimālajai griešanas temperatūrai T kā reakcijai [6]. Saskaņā ar ortogonālās pārbaudes tabulas atlases principu tiek pieņemta L16 ortogonālā tabula, un testa izvietojums un rezultāti ir parādīti 6. tabulā.
5. tabula Ortogonālie faktori un līmeņi
bilde
6. tabula Ortogonālā testa rezultāti
bilde
3.2. Galīgo elementu simulācijas rezultātu analīze
Diapazona R metodi izmanto, lai analizētu ortogonālā testa rezultātus, un diapazons attiecas uz starpību starp maksimālo vērtību un minimālo vērtību, kas atbilst katram līmeņa indeksam. Diapazona analīzes metode, ko dēvē par R metodi, ir visbiežāk izmantotā metode ortogonālo eksperimentu rezultātu analīzei. Šī metode ietver divus aprēķinu un spriedumu moduļus, un tā var noskaidrot primāro un sekundāro, optimālo līmeni un optimālo faktoru kombināciju testā [7]. R metodes princips ir salīdzināt vērtību diapazonu katrā kolonnā, aprēķinot diapazonu. Jo lielāks diapazons, jo lielāka ir faktora ietekme uz rezultātu, kas ir galvenais faktors, un pēc tam analizējiet rezultātu, izmantojot intuitīvās analīzes metodi. Ņemot par indeksu minimālo griešanas spēku F, testa rezultātu analīzi skatīt 7. tabulā. Tabulā K1, K2, K3 un K4 ir testa rezultātu summa katrā katra ietekmējošā faktora līmenī, un k1, k2, k3 un k4 ir atbilstošās vidējās vērtības. vērtību.
7. tabula Indeksa F testa rezultātu analīze (vienība: N) Attēls
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, tātad indeksa F optimālā shēma ir B1C2A2, tas ir, griešanas ātrums vc ir 60m/s, padeves daudzums uz zobu fz ir 0,16 mm/z un atpakaļgriešanas apjoms ap ir 2 mm. Ņemot par indeksu minimālo griešanas temperatūru T, testa rezultātu analīze ir parādīta 8. tabulā.
8. tabula Indeksa T testa rezultātu analīze (vienība: K)
bilde
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, tāpēc vēlamais risinājums ir A1B12C4, tas ir, griešanas ātrums vc ir 50m/s, un padeves ātrums uz vienu zobu Daudzums fz ir 0,16 mm/z, un daudzums ap ir 4 mm.
Volframa-molibdēna sakausējuma frēzēšanas pārbaude un modeļa pārbaude
4
4.1. Eksperimentālais dizains
Lai pārbaudītu volframa-molibdēna sakausējuma frēzēšanas testa galīgo elementu modeļa derīgumu, frēzēšanai tika izmantots CNC apstrādes centrs JOHNFORD-VMC-850 un standarta 4-malu karbīda gala frēze. atlasīts kā rīks (sk. 5. attēlu).
bilde
5. attēls frēze
Sagataves loksnes izmērs ir 150mm × 130mm × 45mm. Lai piestiprinātu sagatavi uz dinamometra, montāžas caurums tiek apstrādāts uz sagataves pirms frēzēšanas, un caurums tiek izurbts ar φ8,6 mm volframa tērauda urbi un pēc tam caur cilindriskās galvas sešstūra ligzdas galvas skrūvi M8 fiksēšanai. Eksperimentā griešanas spēka mērīšanai tika izmantots trīsceļu dinamometrs KISTLER9257b, dinamometrs tika fiksēts uz darbgalda ar spiediena plāksni, bet griešanas temperatūra tika mērīta ar infrasarkano termometru. Dinamometra un sagataves fiksācija ir parādīta 6. attēlā, bet spēka mērīšanas un temperatūras mērīšanas process ir parādīts 7. attēlā.
bilde
a) Apstrādājiet montāžas caurumus
bilde
b) Spēka mērītājs ir fiksēts
6. attēls Spēka mērītāja un sagataves fiksācija
bilde
a) Griešanas spēka mērīšana
bilde
b) Griešanas temperatūras mērīšana
7. attēls Spēka mērīšanas un temperatūras mērīšanas process
4.2 Modeļa validācija
Pārbaudei tika izvēlētas trīs griešanas parametru grupas. Simulētās vērtības, izmērītās vērtības un griešanas spēka un griešanas temperatūras kļūdas ir parādītas 9. un 10. tabulā. No 9. un 10. tabulas redzams, ka simulācijas rezultātu maksimālā kļūda ir 15,6%, kas ir 20% robežās. , tāpēc testa rezultāti atbilst inženiertehnisko lietojumu prasībām.
9. tabula Simulācijas vērtība, izmērītā vērtība un griešanas spēka kļūda
bilde
10. tabula Simulācijas vērtība, izmērītā vērtība un griešanas temperatūras kļūda
bilde
secinājums
5
Šajā rakstā ABAQUS galīgo elementu analīzes programmatūra tiek izmantota, lai izveidotu volframa-molibdēna sakausējuma trīsdimensiju frēzēšanas modeli. Atbilstoši dažādiem griešanas parametriem tiek pētīts volframa-molibdēna sakausējuma frēzēšanas procesā radītā griešanas spēka un griešanas temperatūras variācijas likums un ortogonālos eksperimentos iegūti optimālie frēzēšanas parametri. Kombinācija, sniedz atsauci faktiskajai frēzēšanai. Iegūtie secinājumi ir šādi.
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. Tāpēc griešanas spēka F optimālais risinājums ir B1C2A2, tas ir, 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. Tāpēc griešanas temperatūras T optimālais risinājums ir A1B1C4, tas ir, vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Vispusīgi apsveriet griešanas efektivitāti un ieguvumus faktiskajā apstrādē un iegūstiet optimālu procesa parametru kombināciju, tas ir, vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }} mm.
