Zliatina volfrámu a molybdénu je ťažko obrobiteľný materiál s vysokými nákladmi na spracovanie, nízkou účinnosťou spracovania a silným opotrebovaním nástrojov. Pomocou softvéru na analýzu konečných prvkov ABAQUS bol vytvorený trojrozmerný model frézovania zliatiny volfrámu a molybdénu a proces frézovania zliatiny volfrámu a molybdénu bol študovaný pre rôzne rezné parametre. Variačný zákon reznej sily a reznej teploty je overený frézovacím testom na overenie účinnosti simulačného modelu. Optimálna kombinácia rezných parametrov bola získaná pomocou ortogonálnych experimentov, t. j. rýchlosť rezania vc=60 m/s, spätný záber ap=3 mm, posuv na zub fz=0,16 mm/z .
preambula
1
Volfrám a molybdén sú bohaté na zásoby a sú v mojej krajine veľmi rozšírené. Volfrám a molybdén patria do skupiny VIIB prvkov v periodickej tabuľke prvkov a sú typickými kovmi s vysokou teplotou topenia. Pretože zliatina volfrámu a molybdénu má vyššiu teplotu topenia a nižšiu hustotu ako čistý volfrám, spája výhody volfrámu a molybdénu. Odolnosť proti korózii a ablácii [1], takže sa stáva dôležitým materiálom v oblasti letectva a kozmonautiky, môže byť použitý v dýzach raketových motorov a kľúčových komponentoch plynových turbín a má širšie uplatnenie v budúcej priemyselnej oblasti.
S cieľom študovať princíp rezania zliatiny volfrámu a molybdénu vedci vykonali veľa výskumných prác. Keď Luo Zhengchuan [2] použil nástroje zo slinutého karbidu na rezanie zliatin na báze volfrámu, opotrebovanie nástroja bolo extrémne rýchle a hlavná forma opotrebovania, ktorá spôsobila zlyhanie nástrojov zo slinutého karbidu, bola trojuholníková oblasť opotrebovania, ktorá sa objavila v priesečníku hlavných nástrojov. bok a pomocný bok. Hlavnou príčinou opotrebovania nástroja je mechanické opotrebovanie spôsobené tvrdými hrotmi a difúzia kobaltu ako spojiva v slinutých karbidoch urýchľuje opotrebovanie nástroja. Pri rezaní zliatin na báze volfrámu Ye Yi [3] zistil, že jemnozrnné alebo ultrajemnozrnné nástroje zo slinutého karbidu na báze WC s povlakmi odolnými proti opotrebovaniu na povrchu majú kratšiu životnosť. Obrábať jeho zliatiny je neekonomické. Kompozitné keramické nástroje nie sú vhodné na rezanie materiálov s vysokým obsahom volfrámu a životnosť diamantových nástrojov PCD sa výrazne nezlepší v porovnaní so slinutým karbidom na báze WC. Volfrám a jeho zliatinové materiály sa najlepšie spracovávajú pomocou rezacích nástrojov PCBN a tried s vyšším obsahom CBN (ako je DBC80), aby bolo možné získať lepšie ekonomické výhody.
Softvér na analýzu konečných prvkov ABAQUS je bežne používaný softvér na simuláciu rezania kovov. Má výkonné funkcie nelineárnej analýzy a dokáže realizovať tepelno-mechanické spojenie. Zliatina volfrámu a molybdénu je ťažko obrobiteľný materiál, ktorý má vysoké náklady na spracovanie, nízku efektivitu spracovania a silné opotrebovanie nástrojov. Preto tento článok používa softvér na analýzu konečných prvkov ABAQUS na vytvorenie trojrozmerného modelu frézovania zliatiny volfrámu a molybdénu. Rezná sila a rezná teplota generované v procese sa menia a nakoniec sa získa optimálna kombinácia parametrov frézovania pomocou ortogonálneho testu, ktorý poskytuje referenciu pre skutočný proces frézovania.
Modelovanie konečných prvkov zliatiny volfrámu a molybdénu
2
2.1 Model geometrie nástroja
Simulácia využíva štandardnú frézu s čepeľou zo slinutého karbidu 4-a špecifikácie sú uvedené v tabuľke 1. Model frézy sa generuje pomocou softvéru na 3D modelovanie SolidWorks, ako je znázornené na obrázku 1. Keďže účel tejto štúdie je analyzovať zmeny reznej sily a reznej teploty pri rôznych parametroch frézovania a vzhľadom na to, že hlavná rezná hrana nástroja je oveľa menšia ako obrobok, nástroj sa v analýze konečných prvkov ABAQUS považuje za tuhé teleso, bez ohľadu na o deformácii a opotrebovaní nástroja, fyzikálne parametre nástroja sú uvedené v tabuľke 2.
Tabuľka 1 Špecifikácie nástroja (jednotka: mm) obrázok
obrázok
Obrázok 1 Model frézy
Tabuľka 2 Fyzické parametre nástroja
obrázok
2.2 Konštitutívny model materiálu zliatiny volfrámu a molybdénu
Simulačným materiálom obrobku v tomto článku je zliatina volfrámu a molybdénu a hlavné fyzikálne a mechanické parametre výkonu sú uvedené v tabuľke 3[4].
Tabuľka 3 Fyzikálne parametre materiálov zliatiny volfrámu a molybdénu
obrázok
V procese rezania kovov vo väčšine prípadov materiály podliehajú elasticko-plastickej deformácii pri vysokej teplote, vysokej deformácii a vysokej rýchlosti deformácie, takže vytvorenie rozumného materiálového modelu je tiež kľúčovým krokom pre úspešnú simuláciu. Materiálový model v tomto článku využíva Johnson-Cook konštitutívny model, ktorý môže odrážať účinok deformačného spevnenia, deformačného spevnenia a tepelného zmäkčenia materiálu a jeho forma je
obrázok
Vo vzorci je σ prietokové napätie (MPa); ε je plastická deformácia; ε0 je referenčná rýchlosť deformácie; T je teplota (stupeň); Tr je izbová teplota (stupeň); Tm je teplota topenia materiálu (stupeň); A, B, C, m a n sú materiálové parametre a hodnoty sú uvedené v tabuľke 4[5].
Tabuľka 4 Johnson-Cook konštitutívne modelové parametre materiálov zliatiny volfrámu a molybdénu
obrázok
2.3 Kontaktné a okrajové podmienky
Vytvorte atribút kontaktu a keďže sa nástroj počas simulácie považuje za tuhé teleso, musíte vytvoriť ďalšie obmedzenie tuhého telesa. Vytvorte okrajovú podmienku v kroku počiatočnej analýzy na obmedzenie všetkých stupňov voľnosti na strane obrobku. Nástroj potrebuje obmedziť 4 stupne voľnosti a nastaviť otáčanie a pohyb okolo osi Z, kde rýchlosť otáčania je rýchlosť vretena a rýchlosť pohybu je rýchlosť posuvu. Vytvorte preddefinované teplotné pole a definujte teplotu obrobku ako 298 K.
2.4 Rozdelenie pletiva
Kvalita rozdelenia siete má veľký vplyv na výsledky simulácie konečných prvkov. Preto by sa pri vytváraní siete modelu mal najprv vybrať vhodný typ jednotky siete a mala by sa komplexne zvážiť presnosť a cena, aby sa hustota siete primerane kontrolovala. Čím hustejšia je mriežka, tým vyššia je presnosť výsledkov simulácie, ale zvýši sa tým výpočtové náklady. Minimálna veľkosť mriežky nástroja a mriežky obrobku je 0,02 mm a nástroj a obrobok sú rozdelené do jednotných mriežok. Štruktúra nástroja je zložitá, používa štvorstennú nezávislú štrukturálnu mriežku, typ je C3D10MT a mriežka nástroja má 74400 jednotiek. Obrobok využíva šesťstennú štruktúrovanú mriežku, mriežka obrobku je 26250 jednotiek a typ mriežky obrobku je C3D8RT. Nástroj a obrobok po zábere sú znázornené na obr. 2 a obr.
obrázok
Obrázok 2 Mriežka nástrojov
obrázok
Obrázok 3 Mriežka obrobku
2.5 Modelové riešenie
ABAQUS/Explicit sa používa na výpočet modelu a typ kroku analýzy je dynamický explicitný krok analýzy tepelno-mechanickej väzby. Po dokončení výpočtu je možné výsledky prezerať a analyzovať prostredníctvom modulu následného spracovania ABAQUS. Výsledky simulácie frézovania sú na obr.4.
obrázok
Obrázok 4 Výsledky simulácie frézovania
Simulovaný ortogonálny test
3
3.1 Experimentálny dizajn
Tento experiment študuje najmä vplyv reznej rýchlosti vc, spätného záberu ap a posuvu na zub fz na reznú silu a reznú teplotu v procese frézovania zliatiny volfrámu a molybdénu, preto je zostavená ortogonálna tabuľka s tromi faktormi a štyrmi úrovňami (pozri Tabuľka 5), to znamená, že vc, ap a fz vezmite ako nezávislé premenné. Ako odpoveď nech je šírka rezu ae=1mm, minimálna sila rezu F a minimálna teplota rezu T [6]. Podľa princípu výberu ortogonálnej testovacej tabuľky sa používa ortogonálna tabuľka L16 a usporiadanie testu a výsledky sú uvedené v tabuľke 6.
Tabuľka 5 Ortogonálne faktory a úrovne
obrázok
Tabuľka 6 Výsledky ortogonálneho testu
obrázok
3.2 Analýza výsledkov simulácie konečných prvkov
Metóda rozsahu R sa používa na analýzu výsledkov ortogonálneho testu a rozsah sa vzťahuje na rozdiel medzi maximálnou hodnotou a minimálnou hodnotou zodpovedajúcou každému indexu úrovne. Metóda analýzy rozsahu, označovaná ako metóda R, je najbežnejšie používanou metódou na analýzu výsledkov ortogonálnych experimentov. Táto metóda obsahuje dva moduly výpočtu a úsudku a dokáže zistiť primárnu a sekundárnu, optimálnu úroveň a optimálnu kombináciu faktorov v teste [7]. Princíp metódy R spočíva v porovnaní rozsahu hodnôt v každom stĺpci výpočtom rozsahu. Čím väčší je rozsah, tým väčší je vplyv faktora na výsledok, ktorý je hlavným faktorom, a potom analyzujte výsledok pomocou intuitívnej metódy analýzy. Ak použijete minimálnu reznú silu F ako index, pozrite si tabuľku 7 pre analýzu výsledkov testu. V tabuľke sú K1, K2, K3 a K4 súčtom výsledkov testov na každej úrovni každého ovplyvňujúceho faktora a k1, k2, k3 a k4 sú zodpovedajúce priemerné hodnoty. hodnotu.
Tabuľka 7 Analýza výsledkov testu indexu F (jednotka: N) Obrázok
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, takže optimálna schéma indexu F je B1C2A2, to znamená, že rýchlosť rezania vc je 60 m/s, množstvo posuvu na zub fz je 0,16 mm/z a veľkosť spätného rezu ap je 2 mm. Ak vezmeme ako index minimálnu reznú teplotu T, analýza výsledkov testu je uvedená v tabuľke 8.
Tabuľka 8 Analýza výsledkov testu indexu T (jednotka: K)
obrázok
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, takže preferované riešenie je A1B12C4, to znamená, že rýchlosť rezania vc je 50 m/s a rýchlosť posuvu na zub. Hodnota fz je 0,16 mm/z a hodnota ap je 4 mm.
Test frézovania zliatiny volfrámu a molybdénu a overenie modelu
4
4.1 Experimentálny dizajn
Za účelom overenia platnosti modelu konečných prvkov frézovacieho testu zliatiny volfrámu a molybdénu sa na frézovanie použilo CNC obrábacie centrum JOHNFORD-VMC-850 a štandardná fréza z tvrdokovu s hranou 4- vybratý ako nástroj (pozri obrázok 5).
obrázok
Obrázok 5 fréza
Veľkosť listu obrobku je 150 mm × 130 mm × 45 mm. Aby sa obrobok pripevnil na dynamometer, pred frézovaním sa na obrobku spracuje montážny otvor a otvor sa vyvŕta vrtákom z volfrámovej ocele φ8,6 mm a potom sa cez skrutku M8 s vnútorným šesťhranom s valcovou hlavou na upevnenie. V experimente bol na meranie reznej sily použitý trojcestný dynamometer KISTLER9257b, silomer bol upevnený na stole obrábacieho stroja prítlačnou doskou a teplota rezu bola meraná infračerveným teplomerom. Upevnenie dynamometra a obrobku je znázornené na obrázku 6 a proces merania sily a teploty je znázornený na obrázku 7.
obrázok
a) Opracovanie montážnych otvorov
obrázok
b) Silomer je pevný
Obrázok 6 Upevnenie silomera a obrobku
obrázok
a) Meranie reznej sily
obrázok
b) Meranie reznej teploty
Obrázok 7 Proces merania sily a teploty
4.2 Overenie modelu
Na testovanie boli vybrané tri skupiny rezných parametrov. Simulované hodnoty, namerané hodnoty a chyby reznej sily a reznej teploty sú uvedené v tabuľke 9 a tabuľke 10. Z tabuľky 9 a tabuľky 10 je zrejmé, že maximálna chyba výsledkov simulácie je 15,6 %, čo je v rozmedzí 20 %. , takže výsledky testov spĺňajú požiadavky inžinierskych aplikácií.
Tabuľka 9 Hodnota simulácie, nameraná hodnota a chyba reznej sily
obrázok
Tabuľka 10 Hodnota simulácie, nameraná hodnota a chyba reznej teploty
obrázok
záver
5
V tomto dokumente sa softvér na analýzu konečných prvkov ABAQUS používa na vytvorenie trojrozmerného modelu frézovania zliatiny volfrámu a molybdénu. Podľa rôznych rezných parametrov sa študuje variačný zákon reznej sily a reznej teploty generovaný v procese frézovania zliatiny volfrámu a molybdénu a pomocou ortogonálnych experimentov sa získajú optimálne parametre frézovania. Kombinácia, uveďte referenciu pre skutočné frézovanie. Získané závery sú nasledovné.
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. Optimálnym riešením reznej sily F je preto B1C2A2, teda vc=60m/s, fz= 0.16mm/z, ap{6}}mm.
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. Optimálnym riešením reznej teploty T je teda A1B1C4, teda vc=50m/s, fz=0.16mm/z,ap=4mm.
3) Komplexne zvážte efektivitu rezania a výhody pri skutočnom spracovaní a získajte optimálnu kombináciu parametrov procesu, tj vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }} mm.
