Моделирование прочности сменных многогранных пластин

全文:

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.

作者简介

编辑信件的主要联系方式.
Email: trofimenko-n@inbox.ru
SPIN 代码: 8516-3824
俄罗斯联邦

参考

补充文件

附件文件

动作

1. JATS XML

下载

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

下载 (178KB)

索引源数据

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

下载 (133KB)

索引源数据

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

下载 (163KB)

索引源数据