A volfrám-molibdén ötvözet nehezen megmunkálható anyag, magas feldolgozási költséggel, alacsony feldolgozási hatékonysággal és súlyos szerszámkopással. Az ABAQUS végeselemes elemző szoftverrel a wolfram-molibdén ötvözet háromdimenziós őrlési modelljét állítottam fel, és vizsgáltam a volfrám-molibdén ötvözet őrlési folyamatát különböző forgácsolási paraméterekre. A forgácsolóerő és a forgácsolási hőmérséklet változási törvényét a marási teszt igazolja a szimulációs modell hatékonyságának igazolására. A forgácsolási paraméterek optimális kombinációját ortogonális kísérletekkel kaptuk meg, azaz a vágási sebesség vc=60m/s, visszakapaszkodás ap=3mm, előtolás foganként fz=0.16mm/z .
preambulum
1
A volfrám és a molibdén készletekben gazdag, és országomban széles körben elterjedt. A volfrám és a molibdén az elemek periódusos rendszerében a VIIB csoport elemei közé tartozik, és tipikus magas olvadáspontú fémek. Mivel a volfrám-molibdén ötvözetnek magasabb az olvadáspontja és kisebb a sűrűsége, mint a tiszta volfrámé, egyesíti a wolfram és a molibdén előnyeit. Korrózió- és ablációállóság [1], így a repülőgépipar fontos anyagává válik, felhasználható rakétahajtóművek fúvókáiban és gázturbinák kulcsfontosságú alkatrészeiben, és szélesebb körű alkalmazási kilátásai vannak a jövőbeni ipari területen.
A volfrám-molibdén ötvözet vágási elvének tanulmányozása érdekében a tudósok sok kutatómunkát végeztek. Amikor Luo Zhengchuan [2] keményfém szerszámokat használt volfrám alapú ötvözetek vágására, a szerszámkopás rendkívül gyors volt, és a fő kopási forma, amely a keményfém szerszámok meghibásodását okozta, a háromszög alakú kopási terület volt, amely a fő metszéspontjában jelent meg. szárny és a segédszárny. A szerszámkopás fő oka a kemény pontok okozta mechanikai kopás, és a kobalt, mint kötőanyag diffúziója a keményfémben felgyorsítja a szerszámkopást. A wolfram alapú ötvözetek vágásakor Ye Yi [3] megállapította, hogy a felületükön kopásálló bevonattal ellátott, finomszemcsés vagy ultrafinom szemcsés WC-alapú cementált keményfém szerszámok élettartama rövidebb. Ötvözeteinek megmunkálása gazdaságtalan. A kompozit kerámiaszerszámok nem alkalmasak nagy volfrámötvözetű anyagok vágására, és a PCD gyémántszerszámok élettartama nem javul jelentősen a WC-alapú keményfémhez képest. A volfrám és ötvözetanyagai a legjobban PCBN vágószerszámokkal és nagyobb CBN-tartalmú minőségekkel (például DBC80) dolgozhatók meg, így jobb gazdasági előnyök érhetők el.
Az ABAQUS végeselemes elemző szoftver egy általánosan használt szoftver a fémvágás szimulációjához. Hatékony nemlineáris analízis funkcióival rendelkezik, és termikus-mechanikus csatolást tud megvalósítani. A wolfram-molibdén ötvözet nehezen megmunkálható anyag, magas feldolgozási költséggel, alacsony feldolgozási hatékonysággal és súlyos szerszámkopással rendelkezik. Ezért ez a cikk az ABAQUS végeselemes elemző szoftvert használja a volfrám-molibdén ötvözet háromdimenziós marási modelljének létrehozásához. A folyamat során keletkező forgácsolóerő és forgácsolási hőmérséklet megváltozik, végül az ortogonális vizsgálattal megkapjuk a marási paraméterek optimális kombinációját, amely referenciaként szolgál a tényleges marási folyamathoz.
Volfrám-molibdén ötvözet végeselemes modellezése
2
2.1 Szerszámgeometriai modell
A szimuláció egy cementált keményfém szabványos 4-lapátmarót használ, a specifikációkat pedig az 1. táblázat mutatja. A marógép modelljét SolidWorks 3D modellezőszoftver segítségével állítják elő, amint az 1. ábrán látható. Mivel a tanulmány célja célja a forgácsolóerő és a forgácsolási hőmérséklet változásának elemzése különböző marási paraméterek mellett, és figyelembe véve, hogy a szerszám fő forgácsolóéle sokkal kisebb, mint a munkadarab, az ABAQUS végeselemes elemzésben a szerszámot merev testnek kell tekinteni, függetlenül attól, hogy A szerszám deformációja és kopása, a szerszám fizikai paraméterei a 2. táblázatban láthatók.
1. táblázat Szerszámspecifikáció (mértékegység: mm) kép
kép
1. ábra Maró modell
2. táblázat A szerszám fizikai paraméterei
kép
2.2 A wolfram-molibdén ötvözet anyagának konstitutív modellje
Ebben a cikkben a szimulációs munkadarab anyaga volfrám-molibdén ötvözet, a főbb fizikai és mechanikai teljesítményparamétereket a 3. táblázat mutatja [4].
3. táblázat Volfrám-molibdén ötvözet anyagok fizikai paraméterei
kép
A fémforgácsolás során a legtöbb esetben az anyagok rugalmas-plasztikus deformáción mennek keresztül magas hőmérsékleten, nagy nyúláson és nagy alakváltozási sebességen, így az ésszerű anyagmodell felállítása is kulcsfontosságú lépés a sikeres szimulációhoz. Az ebben a cikkben szereplő anyagmodell a Johnson-Cook konstitutív modellt alkalmazza, amely tükrözheti az anyag nyúlási keményítő hatását, deformációs keményítő hatását és hőlágyító hatását, és formája
kép
A képletben σ az áramlási feszültség (MPa); ε a képlékeny alakzat; ε0 a referencia alakváltozási sebesség; T a hőmérséklet ( fok ); Tr a szobahőmérséklet ( fok ); Tm az anyag olvadáspontja (fok); A, B, C, m és n anyagparaméterek, az értékeket a 4. táblázat mutatja[5].
4. táblázat: Volfrám-molibdén ötvözet anyagok Johnson-Cook konstitutív modellparaméterei
kép
2.3 Érintkezési és peremfeltételek
Hozzon létre egy érintkező attribútumot, és mivel az eszköz a szimuláció során merev testnek minősül, létre kell hoznia egy másik merev test kényszert. Hozzon létre egy peremfeltételt a kezdeti elemzési lépésben, hogy a munkadarab oldalán minden szabadsági fokot korlátozzon. A szerszámnak 4 szabadságfokot kell korlátoznia, és be kell állítania a forgást és a mozgást a Z tengely körül, ahol a forgási sebesség az orsó fordulatszáma, a mozgási sebesség pedig az előtolási sebesség. Hozzon létre egy előre meghatározott hőmérsékleti mezőt, és adja meg a munkadarab hőmérsékletét 298K-ban.
2.4 Hálófelosztás
A hálóosztás minősége nagyban befolyásolja a végeselemes szimulációs eredményeket. Ezért a modell hálózásakor először a megfelelő hálóegység típust kell kiválasztani, és a pontosságot és a költségeket átfogóan mérlegelni kell a hálósűrűség ésszerű szabályozásához. Minél sűrűbb a rács, annál nagyobb a szimulációs eredmények pontossága, de ez növeli a számítási költségeket. A szerszámrács és a munkadarabrács minimális mérete 0,02 mm, a szerszám és a munkadarab egységes rácsokra van osztva. A szerszámszerkezet összetett, tetraéderes, nem független szerkezeti rácsot használ, típusa C3D10MT, a szerszámrács 74400 egység. A munkadarab hexaéderes szerkezetű rácsot alkalmaz, a munkadarab rács 26250 egység, a munkadarab rács típusa pedig C3D8RT. A szerszámot és a munkadarabot a hálózás után a 2. és 3. ábra mutatja.
kép
2. ábra Szerszámrács
kép
3. ábra Munkadarab rács
2.5 Modell megoldás
Az ABAQUS/Explicit a modellszámításhoz használatos, és az elemzési lépés típusa a dinamikus explicit termikus-mechanikus csatoláselemzési lépés. A számítás befejezése után az eredmények megtekinthetők és elemezhetők az ABAQUS utófeldolgozó modulján keresztül. A marási szimulációs eredményeket a 4. ábra mutatja.
kép
4. ábra Marásszimulációs eredmények
Szimulált ortogonális teszt
3
3.1 Kísérleti tervezés
Ez a kísérlet elsősorban a vc forgácsolási sebesség, az ap visszakapcsolódásának és az fz fogankénti előtolásnak a forgácsolóerőre és forgácsolási hőmérsékletre gyakorolt hatását vizsgálja a volfrám-molibdén ötvözet marási folyamata során, így egy három tényezővel és négy szinttel rendelkező ortogonális táblázatot állítunk össze (ld. 5. táblázat) , azaz vegyük független változónak a vc-t, ap-t és fz-t. Legyen válaszként a vágási szélesség ae=1mm, a minimális vágóerő F és a minimális vágási hőmérséklet T [6]. Az ortogonális teszttábla kiválasztási elvének megfelelően az L16 ortogonális táblázatot veszik át, a teszt elrendezését és eredményeit a 6. táblázat mutatja.
5. táblázat Ortogonális tényezők és szintek
kép
6. táblázat Ortogonális vizsgálati eredmények
kép
3.2 Véges elem szimuláció eredményeinek elemzése
Az ortogonális teszt eredményeinek elemzésére az R tartomány módszert alkalmazzuk, a tartomány pedig az egyes szintindexeknek megfelelő maximális és minimális érték különbségére vonatkozik. Az ortogonális kísérletek eredményeinek elemzésére leggyakrabban használt módszer a tartományelemzési módszer, amelyet R-módszernek neveznek. Ez a módszer két számítási és ítéleti modulból áll, és a tesztben kiderítheti az elsődleges és másodlagos, optimális szintet és a tényezők optimális kombinációját [7]. Az R módszer elve az, hogy az egyes oszlopok értéktartományát a tartomány kiszámításával hasonlítjuk össze. Minél nagyobb a tartomány, annál nagyobb a faktor befolyása az eredményre, amely a fő tényező, majd elemezze az eredményt az intuitív elemzési módszerrel. A minimális F forgácsolóerőt véve indexként, lásd a 7. táblázatot a vizsgálati eredmények elemzéséhez. A táblázatban K1, K2, K3 és K4 a vizsgálati eredmények összege az egyes befolyásoló tényezők minden szintjén, k1, k2, k3 és k4 pedig a megfelelő átlagértékek. érték.
7. táblázat Az F index teszteredményeinek elemzése (egység: N) Kép
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, tehát az F index optimális sémája a B1C2A2, azaz a vc vágási sebesség 60m/s, a fogankénti előtolás fz 0,16 mm/z, a visszavágás mértéke ap 2 mm. A minimális T forgácsolási hőmérsékletet véve indexnek, a vizsgálati eredmények elemzését a 8. táblázat mutatja.
8. táblázat A T index teszt eredményeinek elemzése (egység: K)
kép
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, tehát az előnyös megoldás az A1B12C4, azaz a vc vágási sebesség 50m/s, és az előtolás foganként Az fz mennyiség 0,16 mm/z, az ap mennyiség pedig 4 mm.
Volfrám-molibdén ötvözet marási teszt és modellellenőrzés
4
4.1 Kísérleti tervezés
A volfrám-molibdén ötvözet marási teszt végeselemes modelljének érvényességének igazolására a JOHNFORD-VMC-850 CNC megmunkálóközpontot használtuk a maráshoz, és a szabványos 4-élezett keményfém szármarót. eszközként kiválasztva (lásd 5. ábra).
kép
5. ábra maró
A munkadarab lap mérete 150mm×130mm×45mm. A munkadarabnak a próbapadon való rögzítéséhez a rögzítőfuratot marás előtt a munkadarabon megmunkálják, majd a lyukat φ8,6 mm-es volfrámacél fúróval, majd a rögzítéshez a hengerfejű hatlapfejű M8-as fejű csavaron keresztül fúrják ki. A kísérletben a vágóerő mérésére a KISTLER9257b háromutas próbapadon, a próbapadot nyomólappal rögzítettük a szerszámgép asztalára, a forgácsolási hőmérsékletet infra hőmérővel mértük. A dinamométer és a munkadarab rögzítését a 6. ábra, az erőmérés és a hőmérsékletmérés menetét a 7. ábra mutatja.
kép
a) Szerelőfuratok megmunkálása
kép
b) Az erőmérő rögzített
6. ábra Az erőmérő és a munkadarab rögzítése
kép
a) Vágóerő mérése
kép
b) Vágási hőmérséklet mérés
7. ábra Erőmérési és hőmérsékletmérési folyamat
4.2 A modell érvényesítése
A vágási paraméterek három csoportját választottuk ki tesztelésre. A forgácsolóerő és forgácsolási hőmérséklet szimulált értékeit, mért értékeit és hibáit a 9. és 10. táblázat tartalmazza. A 9. és 10. táblázatból látható, hogy a szimulációs eredmények maximális hibája 15,6%, ami 20%-on belül van. , tehát a teszteredmények megfelelnek a mérnöki alkalmazások követelményeinek.
9. táblázat A forgácsolóerő szimulációs értéke, mért értéke és hibája
kép
10. táblázat A forgácsolási hőmérséklet szimulációs értéke, mért értéke és hibája
kép
következtetés
5
Ebben a cikkben az ABAQUS végeselemes elemző szoftvert használjuk a volfrám-molibdén ötvözet háromdimenziós marási modelljének létrehozására. Különböző forgácsolási paraméterek szerint vizsgálják a volfrám-molibdén ötvözet őrlésekor keletkező forgácsolóerő és forgácsolási hőmérséklet változási törvényét, és ortogonális kísérletekkel kapják meg az optimális marási paramétereket. Kombináció, referenciaként szolgál a tényleges maráshoz. A levont következtetések a következők.
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. Ezért az F forgácsolóerő optimális megoldása a B1C2A2, azaz 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. Ezért a T vágási hőmérséklet optimális megoldása A1B1C4, azaz vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Átfogóan mérlegelje a vágási hatékonyságot és a tényleges feldolgozás előnyeit, és állítsa be a folyamatparaméterek optimális kombinációját, azaz vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }} mm.
