Моделирование прочности сменных многогранных пластин

Полный текст

Обоснование. Процессы механической обработки металлов сменными многогранными пластинами характерны присутствием значительного числа технических факторов, отражающихся на их стойкости. От состояния инструмента зависят качество обработки и технико-экономическое состояние процесса в целом. Наличие работоспособной расчетной модели для системы инструмент–заготовка на стадии проектирования технологии и возможность ее верификации с данными мониторинга состояния оборудования станка в процессе обработки могли бы позитивно отразиться на качестве выпускаемой номенклатуры, сократить процент брака, стать эффективным средством предупреждения критического разрушения инструмента разных видов.

Цель — создание достоверной версии расчетной CAE-модели процесса токарной обработки.

Методы. Процесс механической обработки металла может быть рассмотрен как случай нелинейной задачи явной динамики. Процесс резания металла, точение, протекает во времени с высокой скоростью, вызывает разрушения обрабатываемого материала, а также накопление напряжений, в том числе усталостных, приводящих к износу и разрушению инструмента. Симуляция процесса обработки производится в программном пакете ANSYS в модуле Explicit Dynamic. Особенностью решаемой задачи является стабильность процесса воздействия на тело разрушающей нагрузки в течение длительного времени, что нехарактерно для моделирования задач явной динамики, таких как задачи баллистики, возникновения ударов, столкновений, к которым применим используемый решатель.

В основе решающей программы заложено уравнение модели Джонсона–Кука (1), описывающее зависимость напряжения от скорости деформаций и температуры [1]:

$\sigma =\left[A+B{\overline{\epsilon }}^{p^n}\right]\left[1+C\ln \overline{\epsilon }*\right]\left[1-\left(T*\right)*\right],$ (1)

$T*=$$\frac{T-T_0}{T_m-T_0};$

${\overline{\epsilon }}^p$ — эффективная пластическая деформация;

${\dot{\epsilon }}^p=$$\frac{{\dot{\epsilon }}^p}{{\dot{\epsilon }}_0}$ — эффективная скорость пластической деформации;

${\dot{\epsilon }}^p=1c^{-1}$;

A, B, n, C, m — зависящие от свойств материала константы, определяемые на основе экспериментальных данных; T₀, T_m — температура окружающей среды и температура плавления материала соответственно.

Модель имеет вид трехмерной геометрии [2]. Радиус сектора обрабатываемой заготовки интерпретирован как прямой отрезок, а перемещение задано в параллельном ему направлении. Перемещение задано исходя из данных по условию — линейной скорости резания и пути — длины сектора заготовки.

Результаты. Построена принципиально работоспособная CAE-модель процесса резания металла. С ней могут быть получены картины распределения упругих и пластических деформаций, напряжений (рис. 1–3) как в инструменте, так и в заготовке. Модель может быть скорректирована путем изменения констант, перестроением геометрии и изменения параметров обработки.

Рис. 1. Распределение упругих деформаций, ε упр.

Рис. 2. Распределение пластических деформаций, ε пласт.

Рис. 3. Распределение напряжений по Мизесу, (σ, МПа)

Выводы. Для процесса точения может быть решена задача в постановке явной динамики методом численного моделирования. Задача, в виду своей многофакторности, требует опытной проверки и уточняющей настройки, из нее могут быть выведены параметры, имеющие значение для проведения косвенных расчетов.

Об авторах

Никита Григорьевич Трофименко

Автор, ответственный за переписку.
Email: trofimenko-n@inbox.ru
SPIN-код: 8516-3824
Россия

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Распределение упругих деформаций, ε упр.

Скачать (178KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Распределение пластических деформаций, ε пласт.

Скачать (133KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Распределение напряжений по Мизесу, (σ, МПа)

Скачать (163KB)

Метаданные