Волфрам-молибденовата сплав е труден за обработка материал, с висока цена на обработка, ниска ефективност на обработка и силно износване на инструмента. С помощта на софтуера за анализ на крайни елементи ABAQUS беше създаден триизмерен модел на смилане на сплав волфрам-молибден и процесът на смилане на сплав волфрам-молибден беше изследван за различни параметри на рязане. Законът за изменение на силата на рязане и температурата на рязане се проверява чрез теста за фрезоване, за да се провери ефективността на симулационния модел. Оптималната комбинация от параметри на рязане беше получена чрез ортогонални експерименти, т.е. скорост на рязане vc=60m/s, обратно зацепване ap=3mm, подаване на зъб fz=0.16mm/z .
преамбюл
1
Волфрамът и молибденът са богати на запаси и са широко разпространени в моята страна. Волфрамът и молибденът принадлежат към елементите от група VIIB в периодичната таблица на елементите и са типични метали с висока точка на топене. Тъй като волфрам-молибденовата сплав има по-висока точка на топене и по-ниска плътност от чистия волфрам, тя съчетава предимствата на волфрама и молибдена. Устойчивост на корозия и аблация [1], така че се превръща във важен материал в космическата област, може да се използва в дюзи на ракетни двигатели и ключови компоненти на газови турбини и има по-широки перспективи за приложение в бъдещата индустриална област.
За да проучат принципа на рязане на волфрам-молибденова сплав, учените са извършили много изследователска работа. Когато Luo Zhengchuan [2] използва инструменти от циментиран карбид за рязане на сплави на основата на волфрам, износването на инструмента беше изключително бързо и основната форма на износване, която причини повредата на инструментите от циментиран карбид, беше триъгълната зона на износване, която се появи в пресечната точка на главния фланг и спомагателния фланг. Основната причина за износване на инструмента е механичното износване, причинено от твърди точки, а дифузията на кобалта като свързващо вещество в циментирания карбид ускорява износването на инструмента. При рязане на сплави на базата на волфрам Ye Yi [3] установи, че финозърнестите или ултрафинозърнестите инструменти от циментиран карбид на основата на WC с устойчиви на износване покрития на повърхността имат по-кратък експлоатационен живот. Обработката на неговите сплави е неикономична. Композитните керамични инструменти не са подходящи за рязане на материали с високо съдържание на волфрамова сплав и животът на PCD диамантените инструменти не се подобрява значително в сравнение с циментирания карбид на основата на WC. Волфрамът и неговите сплави се обработват най-добре с PCBN режещи инструменти и класове с повече съдържание на CBN (като DBC80), така че да могат да се получат по-добри икономически ползи.
Софтуерът за анализ на крайни елементи ABAQUS е често използван софтуер за симулация на рязане на метал. Той има мощни функции за нелинеен анализ и може да реализира термично-механично свързване. Волфрам-молибденовата сплав е труден за машинна обработка материал, който има висока цена на обработка, ниска ефективност на обработка и силно износване на инструмента. Следователно тази статия използва софтуер за анализ на крайни елементи ABAQUS, за да създаде триизмерен модел на смилане на волфрам-молибденова сплав. Силата на рязане и температурата на рязане, генерирани в процеса, се променят и накрая оптималната комбинация от параметри на фрезоване се получава чрез ортогоналния тест, който осигурява референция за действителния процес на фрезоване.
Моделиране на крайни елементи от волфрам-молибденова сплав
2
2.1 Геометричен модел на инструмента
Симулацията използва стандартна фреза с 4-острие от циментиран карбид и спецификациите са показани в таблица 1. Моделът на фрезата се генерира чрез използване на софтуер за 3D моделиране SolidWorks, както е показано на фигура 1. Тъй като целта на това изследване е да се анализира промяната на силата на рязане и температурата на рязане при различни параметри на фрезоване и като се има предвид, че основният режещ ръб на инструмента е много по-малък от детайла, инструментът се приема за твърдо тяло в анализа на крайните елементи на ABAQUS, независимо на деформация и износване на инструмента, физическите параметри на инструмента са показани в таблица 2.
Таблица 1 Спецификации на инструмента (единица: mm) снимка
снимка
Фигура 1 Модел на фреза
Таблица 2 Физически параметри на инструмента
снимка
2.2 Основен модел на материал от сплав волфрам-молибден
Материалът за симулационен детайл в тази статия е волфрам-молибденова сплав, а основните физически и механични параметри на ефективността са показани в таблица 3 [4].
Таблица 3 Физични параметри на материали от волфрам-молибденова сплав
снимка
В процеса на рязане на метал в повечето случаи материалите претърпяват еластично-пластична деформация при висока температура, високо напрежение и висока скорост на деформация, така че създаването на разумен материален модел също е ключова стъпка за успешна симулация. Моделът на материала в тази статия приема конститутивния модел на Johnson-Cook, който може да отразява ефекта на втвърдяване при деформация, ефекта на втвърдяване при деформация и ефекта на термично омекотяване на материала, а формата му е
снимка
Във формулата σ е напрежението на потока (MPa); ε е пластичната деформация; ε0 е референтната скорост на деформация; T е температурата (градус); Tr е стайната температура (градус); Tm е точката на топене на материала (градус); A, B, C, m и n са параметри на материала, а стойностите са показани в таблица 4[5].
Таблица 4 Конститутивни параметри на Johnson-Cook модел на материали от волфрам-молибденова сплав
снимка
2.3 Контактни и гранични условия
Създайте атрибут за контакт и тъй като инструментът се счита за твърдо тяло по време на симулация, трябва да създадете друго ограничение за твърдо тяло. Създайте гранично условие под началната стъпка на анализ, за да ограничите всички степени на свобода от страната на детайла. Инструментът трябва да ограничи 4 степени на свобода и да зададе въртенето и движението около оста Z, където скоростта на въртене е скоростта на шпиндела, а скоростта на движение е скоростта на подаване. Създайте предварително дефинирано температурно поле и дефинирайте температурата на детайла като 298K.
2.4 Разделяне на мрежата
Качеството на разделянето на мрежата има голямо влияние върху резултатите от симулацията на крайните елементи. Следователно, когато се свързва моделът, първо трябва да се избере подходящият тип мрежова единица и точността и цената трябва да се разглеждат цялостно, за да се контролира разумно плътността на мрежата. Колкото по-плътна е мрежата, толкова по-висока е точността на резултатите от симулацията, но това ще увеличи изчислителните разходи. Минималният размер на решетката на инструмента и решетката на детайла е 0.02 mm, а инструментът и детайлът са разделени съответно на еднакви решетки. Структурата на инструмента е сложна, използвайки тетраедрична ненезависима структурна решетка, типът е C3D10MT, а решетката на инструмента е 74400 единици. Детайлът приема хексаедрична структурирана решетка, решетката на детайла е 26250 единици, а типът решетка на детайла е C3D8RT. Инструментът и детайлът след зацепване са показани съответно на Фиг. 2 и Фиг. 3.
снимка
Фигура 2 Решетка с инструменти
снимка
Фигура 3 Решетка на детайла
2.5 Моделно решение
ABAQUS/Explicit се използва за изчисление на модела и типът на стъпката на анализ е стъпка на анализ на динамично изрично термично-механично свързване. След като изчислението приключи, резултатите могат да бъдат прегледани и анализирани чрез модула за последваща обработка ABAQUS. Резултатите от симулацията на смилане са показани на Фиг. 4.
снимка
Фигура 4 Резултати от симулацията на смилане
Симулиран ортогонален тест
3
3.1 Експериментален дизайн
Този експеримент основно изследва влиянието на скоростта на рязане vc, задното зацепване ap и подаването на зъб fz върху силата на рязане и температурата на рязане в процеса на фрезоване на волфрам-молибденова сплав, така че е създадена ортогонална таблица с три фактора и четири нива (вижте Таблица 5), т.е. вземете vc, ap и fz като независими променливи. Нека ширината на рязане ae=1 mm, минималната сила на рязане F и минималната температура на рязане T са отговор [6]. Съгласно принципа на подбор на ортогоналната тестова таблица е приета ортогоналната таблица L16, а подреждането на теста и резултатите са показани в таблица 6.
Таблица 5 Ортогонални фактори и нива
снимка
Таблица 6 Резултати от ортогонален тест
снимка
3.2 Анализ на резултатите от симулацията с крайни елементи
Методът на диапазона R се използва за анализиране на резултатите от ортогоналния тест, а диапазонът се отнася до разликата между максималната стойност и минималната стойност, съответстваща на индекса на всяко ниво. Методът за анализ на диапазона, наричан R метод, е най-често използваният метод за анализиране на резултатите от ортогонални експерименти. Този метод включва два модула за изчисление и преценка и може да открие основното и вторичното, оптималното ниво и оптималната комбинация от фактори в теста [7]. Принципът на метода R е да се сравни диапазонът от стойности във всяка колона чрез изчисляване на диапазона. Колкото по-голям е диапазонът, толкова по-голямо е влиянието на фактора върху резултата, който е основният фактор, и след това анализирайте резултата чрез интуитивния метод за анализ. Вземайки минималната сила на рязане F като индекс, вижте таблица 7 за анализа на резултатите от теста. В таблицата K1, K2, K3 и K4 са сумата от резултатите от теста на всяко ниво на всеки влияещ фактор, а k1, k2, k3 и k4 са съответните средни стойности. стойност.
Таблица 7 Анализ на резултатите от теста на индекс F (Единица: N) Картина
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, така че оптималната схема на индекс F е B1C2A2, тоест скоростта на рязане vc е 60m/s, количеството подаване на зъб fz е 0,16 mm/z, а количеството обратно рязане ap е 2 мм. Като се вземе минималната температура на рязане T като индекс, анализът на резултатите от изпитването е показан в таблица 8.
Таблица 8 Анализ на резултатите от теста за индекс T (единица: K)
снимка
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, така че предпочитаното решение е A1B12C4, тоест скоростта на рязане vc е 50m/s, а скоростта на подаване на зъб Количеството fz е 0,16 mm/z, а количеството ap е 4 mm.
Тест за смилане на волфрам-молибденова сплав и проверка на модела
4
4.1 Експериментален дизайн
За да се провери валидността на модела на крайните елементи на теста за фрезоване на волфрам-молибденова сплав, CNC обработващият център JOHNFORD-VMC-850 беше използван за фрезоване и стандартната 4-остриена твърдосплавна фреза беше избран като инструмент (вижте Фигура 5).
снимка
Фигура 5 фреза
Размерът на листа на детайла е 150 мм × 130 мм × 45 мм. За да се фиксира детайла върху динамометъра, монтажният отвор се обработва върху детайла преди фрезоване и отворът се пробива със свредло от волфрамова стомана φ8,6 mm и след това през болта M8 с вътрешен шестоъгълник с цилиндрична глава за фиксиране. В експеримента беше използван трипосочен динамометър KISTLER9257b за измерване на силата на рязане, динамометърът беше фиксиран върху масата на машинния инструмент чрез притискаща плоча и температурата на рязане беше измерена с инфрачервен термометър. Фиксирането на динамометъра и детайла е показано на фигура 6, а процесът на измерване на силата и измерване на температурата е показан на фигура 7.
снимка
a) Обработка на монтажни отвори
снимка
б) Силомерът е фиксиран
Фигура 6 Фиксиране на манометъра и детайла
снимка
а) Измерване на силата на рязане
снимка
b) Измерване на температурата на рязане
Фигура 7 Процес на измерване на сила и температура
4.2 Утвърждаване на модела
За тестване бяха избрани три групи параметри на рязане. Симулираните стойности, измерените стойности и грешките на силата на рязане и температурата на рязане са показани в таблица 9 и таблица 10. Може да се види от таблица 9 и таблица 10, че максималната грешка на резултатите от симулацията е 15,6%, което е в рамките на 20% , така че резултатите от теста отговарят на изискванията на инженерните приложения.
Таблица 9 Симулационна стойност, измерена стойност и грешка на силата на рязане
снимка
Таблица 10 Симулационна стойност, измерена стойност и грешка на температурата на рязане
снимка
заключение
5
В тази статия софтуерът за анализ на крайни елементи ABAQUS се използва за създаване на триизмерен модел на смилане на волфрам-молибденова сплав. Според различни параметри на рязане се изследва законът за изменение на силата на рязане и температурата на рязане, генерирани в процеса на фрезоване на волфрам-молибденова сплав, и оптималните параметри на фрезоване се получават чрез ортогонални експерименти. Комбинация, дайте справка за действителното фрезоване. Получените заключения са следните.
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>А. Следователно оптималното решение на силата на рязане F е B1C2A2, тоест 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. Следователно оптималното решение на температурата на рязане T е A1B1C4, т.е. vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Обмислете изчерпателно ефективността на рязане и ползите при действителната обработка и получете оптималната комбинация от параметри на процеса, т.е. vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }} мм.
