Το κράμα βολφραμίου-μολυβδαινίου είναι ένα δύσκολο στη μηχανή υλικό, με υψηλό κόστος επεξεργασίας, χαμηλή απόδοση επεξεργασίας και έντονη φθορά του εργαλείου. Χρησιμοποιώντας το λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS, δημιουργήθηκε ένα τρισδιάστατο μοντέλο άλεσης κράματος βολφραμίου-μολυβδαινίου και μελετήθηκε η διαδικασία άλεσης του κράματος βολφραμίου-μολυβδαινίου για διαφορετικές παραμέτρους κοπής. Ο νόμος μεταβολής της δύναμης κοπής και της θερμοκρασίας κοπής επαληθεύεται από τη δοκιμή φρεζαρίσματος για να επαληθευτεί η αποτελεσματικότητα του μοντέλου προσομοίωσης. Ο βέλτιστος συνδυασμός παραμέτρων κοπής προέκυψε μέσω ορθογώνιων πειραμάτων, δηλαδή, ταχύτητα κοπής vc=60m/s, εμπλοκή πλάτης ap=3mm, τροφοδοσία ανά δόντι fz=0.16 mm/z .
προοίμιο
1
Το βολφράμιο και το μολυβδαίνιο είναι πλούσια σε αποθέματα και διανέμονται ευρέως στη χώρα μου. Το βολφράμιο και το μολυβδαίνιο ανήκουν στην ομάδα VIIB στοιχεία στον περιοδικό πίνακα στοιχείων και είναι τυπικά μέταλλα υψηλού σημείου τήξης. Δεδομένου ότι το κράμα βολφραμίου-μολυβδαινίου έχει υψηλότερο σημείο τήξης και χαμηλότερη πυκνότητα από το καθαρό βολφράμιο, συνδυάζει τα πλεονεκτήματα του βολφραμίου και του μολυβδαινίου. Αντοχή στη διάβρωση και την κατάλυση [1], επομένως γίνεται σημαντικό υλικό στον αεροδιαστημικό τομέα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ακροφύσια πυραυλοκινητήρων και βασικά εξαρτήματα αεριοστροβίλων και έχει ευρύτερες προοπτικές εφαρμογής στον μελλοντικό βιομηχανικό τομέα.
Προκειμένου να μελετήσουν την αρχή κοπής του κράματος βολφραμίου-μολυβδαινίου, οι μελετητές έχουν πραγματοποιήσει πολλές ερευνητικές εργασίες. Όταν ο Luo Zhengchuan [2] χρησιμοποίησε εργαλεία τσιμεντοειδούς καρβιδίου για να κόψει κράματα με βάση το βολφράμιο, η φθορά του εργαλείου ήταν εξαιρετικά γρήγορη και η κύρια μορφή φθοράς που προκάλεσε την αστοχία των εργαλείων τσιμεντοειδούς καρβιδίου ήταν η τριγωνική περιοχή φθοράς που εμφανίστηκε στη διασταύρωση του κύριου πλευρό και το βοηθητικό πλάγιο. Η κύρια αιτία της φθοράς του εργαλείου είναι η μηχανική φθορά που προκαλείται από σκληρά σημεία και η διάχυση του κοβαλτίου ως συνδετικού σε καρβίδιο με τσιμέντο επιταχύνει τη φθορά του εργαλείου. Κατά την κοπή κραμάτων με βάση το βολφράμιο, ο Ye Yi [3] διαπίστωσε ότι τα λεπτόκοκκα ή εξαιρετικά λεπτόκοκκα εργαλεία τσιμεντοειδούς καρβιδίου με βάση το WC με ανθεκτικές στη φθορά επιστρώσεις στην επιφάνεια έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής. Είναι αντιοικονομική η μηχανική επεξεργασία των κραμάτων του. Τα σύνθετα κεραμικά εργαλεία δεν είναι κατάλληλα για κοπή υλικών με υψηλή περιεκτικότητα σε κράμα βολφραμίου και η διάρκεια ζωής των εργαλείων διαμαντιού PCD δεν βελτιώνεται σημαντικά σε σύγκριση με το καρβίδιο με τσιμέντο με βάση το WC. Το βολφράμιο και τα κράματά του επεξεργάζονται καλύτερα με εργαλεία κοπής PCBN και ποιότητες με περισσότερη περιεκτικότητα σε CBN (όπως το DBC80), έτσι ώστε να μπορούν να αποκομιστούν καλύτερα οικονομικά οφέλη.
Το λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο λογισμικό για την προσομοίωση κοπής μετάλλων. Διαθέτει ισχυρές λειτουργίες μη γραμμικής ανάλυσης και μπορεί να πραγματοποιήσει θερμομηχανική σύζευξη. Το κράμα βολφραμίου-μολυβδαινίου είναι ένα δύσκολο στη μηχανή υλικό, το οποίο έχει υψηλό κόστος επεξεργασίας, χαμηλή απόδοση επεξεργασίας και έντονη φθορά του εργαλείου. Επομένως, αυτό το έγγραφο χρησιμοποιεί λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS για να δημιουργήσει ένα τρισδιάστατο μοντέλο άλεσης κράματος βολφραμίου-μολυβδαινίου. Η δύναμη κοπής και η θερμοκρασία κοπής που δημιουργούνται στη διαδικασία αλλάζουν και τελικά ο βέλτιστος συνδυασμός παραμέτρων άλεσης επιτυγχάνεται μέσω της ορθογωνικής δοκιμής, η οποία παρέχει μια αναφορά για την πραγματική διαδικασία άλεσης.
Μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων από κράμα βολφραμίου-μολυβδαινίου
2
2.1 Μοντέλο γεωμετρίας εργαλείου
Η προσομοίωση χρησιμοποιεί έναν τυπικό μύλο με τσιμεντοκονίαμα καρβιδίου 4-και οι προδιαγραφές φαίνονται στον Πίνακα 1. Το μοντέλο φρεζαρίσματος δημιουργείται με χρήση λογισμικού μοντελοποίησης 3D SolidWorks, όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Επειδή ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι η ανάλυση της διακύμανσης της δύναμης κοπής και της θερμοκρασίας κοπής κάτω από διαφορετικές παραμέτρους άλεσης και λαμβάνοντας υπόψη ότι η κύρια κοπτική άκρη του εργαλείου είναι πολύ μικρότερη από το τεμάχιο εργασίας, το εργαλείο θεωρείται ότι είναι ένα άκαμπτο σώμα στην ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS, ανεξάρτητα για την παραμόρφωση και τη φθορά του εργαλείου, οι φυσικές παράμετροι του εργαλείου φαίνονται στον Πίνακα 2.
Πίνακας 1 Προδιαγραφές εργαλείου (μονάδα: mm) εικόνα
εικόνα
Εικόνα 1 Μοντέλο φρέζας
Πίνακας 2 Φυσικές παράμετροι εργαλείου
εικόνα
2.2 Συστατικό μοντέλο υλικού από κράμα βολφραμίου-μολυβδαινίου
Το υλικό του τεμαχίου εργασίας προσομοίωσης σε αυτό το έγγραφο είναι κράμα βολφραμίου-μολυβδαινίου και οι κύριες φυσικές και μηχανικές παράμετροι απόδοσης φαίνονται στον Πίνακα 3[4].
Πίνακας 3 Φυσικές παράμετροι υλικών από κράμα βολφραμίου-μολυβδαινίου
εικόνα
Στη διαδικασία κοπής μετάλλων, στις περισσότερες περιπτώσεις, τα υλικά υφίστανται ελαστική-πλαστική παραμόρφωση υπό υψηλή θερμοκρασία, υψηλή τάση και υψηλή ταχύτητα παραμόρφωσης, επομένως η δημιουργία ενός λογικού μοντέλου υλικού είναι επίσης ένα βασικό βήμα για την επιτυχή προσομοίωση. Το μοντέλο υλικού σε αυτό το έγγραφο υιοθετεί το συστατικό μοντέλο Johnson-Cook, το οποίο μπορεί να αντικατοπτρίζει το αποτέλεσμα σκλήρυνσης παραμόρφωσης, το αποτέλεσμα σκλήρυνσης παραμόρφωσης και το αποτέλεσμα θερμικής μαλάκυνσης του υλικού, και η μορφή του είναι
εικόνα
Στον τύπο, σ είναι η τάση ροής (MPa). ε είναι το πλαστικό στέλεχος. Το ε0 είναι ο ρυθμός παραμόρφωσης αναφοράς. T είναι η θερμοκρασία (βαθμός). Tr είναι η θερμοκρασία δωματίου (βαθμός). Tm είναι το σημείο τήξης του υλικού (βαθμός). Τα A, B, C, m και n είναι παράμετροι υλικού και οι τιμές φαίνονται στον Πίνακα 4[5].
Πίνακας 4 Συστατικές παράμετροι μοντέλου Johnson-Cook υλικών από κράμα βολφραμίου-μολυβδαινίου
εικόνα
2.3 Επαφές και οριακές συνθήκες
Δημιουργήστε ένα χαρακτηριστικό επαφής και εφόσον το εργαλείο θεωρείται άκαμπτο σώμα κατά την προσομοίωση, πρέπει να δημιουργήσετε έναν άλλο περιορισμό άκαμπτου σώματος. Δημιουργήστε μια οριακή συνθήκη στο αρχικό βήμα ανάλυσης για να περιορίσετε όλους τους βαθμούς ελευθερίας στο πλάι του τεμαχίου εργασίας. Το εργαλείο πρέπει να περιορίζει 4 βαθμούς ελευθερίας και να ορίζει την περιστροφή και την κίνηση γύρω από τον άξονα Z, όπου η ταχύτητα περιστροφής είναι η ταχύτητα του άξονα και η ταχύτητα κίνησης η ταχύτητα τροφοδοσίας. Δημιουργήστε ένα προκαθορισμένο πεδίο θερμοκρασίας και ορίστε τη θερμοκρασία του τεμαχίου εργασίας ως 298K.
2.4 Διαίρεση πλέγματος
Η ποιότητα της διαίρεσης πλέγματος έχει μεγάλη επίδραση στα αποτελέσματα της προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων. Επομένως, κατά την δικτύωση του μοντέλου, θα πρέπει να επιλέγεται πρώτα ο κατάλληλος τύπος μονάδας πλέγματος και η ακρίβεια και το κόστος θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη συνολικά για τον εύλογο έλεγχο της πυκνότητας πλέγματος. Όσο πιο πυκνό είναι το πλέγμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης, αλλά θα αυξήσει το υπολογιστικό κόστος. Το ελάχιστο μέγεθος του πλέγματος εργαλείου και του πλέγματος του τεμαχίου εργασίας είναι 0,02 mm και το εργαλείο και το τεμάχιο εργασίας χωρίζονται σε ομοιόμορφα πλέγματα αντίστοιχα. Η δομή του εργαλείου είναι πολύπλοκη, χρησιμοποιώντας ένα τετραεδρικό μη ανεξάρτητο δομικό πλέγμα, ο τύπος είναι C3D10MT και το πλέγμα εργαλείων είναι 74400 μονάδες. Το τεμάχιο εργασίας υιοθετεί εξαεδρικό δομημένο πλέγμα, το πλέγμα του τεμαχίου εργασίας είναι 26250 μονάδες και ο τύπος πλέγματος τεμαχίου είναι C3D8RT. Το εργαλείο και το τεμάχιο εργασίας μετά το πλέγμα φαίνονται στο Σχ. 2 και στο Σχ. 3 αντίστοιχα.
εικόνα
Εικόνα 2 Πλέγμα εργαλείων
εικόνα
Σχήμα 3 Πλέγμα τεμαχίου εργασίας
2.5 Μοντέλο λύσης
Το ABAQUS/Explicit χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του μοντέλου και ο τύπος του βήματος ανάλυσης είναι το βήμα ανάλυσης δυναμικής ρητής θερμομηχανικής ζεύξης. Αφού ολοκληρωθεί ο υπολογισμός, τα αποτελέσματα μπορούν να προβληθούν και να αναλυθούν μέσω της ενότητας μετα-επεξεργασίας ABAQUS. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης άλεσης φαίνονται στο Σχ. 4.
εικόνα
Σχήμα 4 Αποτελέσματα προσομοίωσης φρεζαρίσματος
Προσομοιωμένη Ορθογώνια Δοκιμή
3
3.1 Πειραματικός σχεδιασμός
Αυτό το πείραμα μελετά κυρίως την επίδραση της ταχύτητας κοπής vc, της πίσω εμπλοκής ap και της τροφοδοσίας ανά δόντι fz στη δύναμη κοπής και τη θερμοκρασία κοπής στη διαδικασία άλεσης κράματος βολφραμίου-μολυβδαινίου, έτσι δημιουργείται ένας ορθογώνιος πίνακας με τρεις παράγοντες και τέσσερα επίπεδα (βλ. Πίνακας 5), δηλαδή, πάρτε τις vc, ap και fz ως ανεξάρτητες μεταβλητές. Έστω το πλάτος κοπής ae=1mm, η ελάχιστη δύναμη κοπής F και η ελάχιστη θερμοκρασία κοπής T ως απόκριση [6]. Σύμφωνα με την αρχή επιλογής του ορθογώνιου πίνακα δοκιμών, υιοθετείται ο ορθογώνιος πίνακας L16 και η διάταξη δοκιμής και τα αποτελέσματα φαίνονται στον Πίνακα 6.
Πίνακας 5 Ορθογώνιοι παράγοντες και επίπεδα
εικόνα
Πίνακας 6 Ορθογώνια αποτελέσματα δοκιμής
εικόνα
3.2 Ανάλυση αποτελεσμάτων προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων
Η μέθοδος range R χρησιμοποιείται για την ανάλυση των αποτελεσμάτων της ορθογώνιας δοκιμής και το εύρος αναφέρεται στη διαφορά μεταξύ της μέγιστης τιμής και της ελάχιστης τιμής που αντιστοιχεί σε κάθε δείκτη επιπέδου. Η μέθοδος ανάλυσης εύρους, που αναφέρεται ως μέθοδος R, είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την ανάλυση των αποτελεσμάτων των ορθογώνιων πειραμάτων. Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει δύο ενότητες υπολογισμού και κρίσης και μπορεί να βρει το πρωτεύον και δευτερεύον, το βέλτιστο επίπεδο και τον βέλτιστο συνδυασμό παραγόντων στο τεστ [7]. Η αρχή της μεθόδου R είναι να συγκρίνει το εύρος τιμών σε κάθε στήλη υπολογίζοντας το εύρος. Όσο μεγαλύτερο είναι το εύρος, τόσο μεγαλύτερη είναι η επίδραση του παράγοντα στο αποτέλεσμα, που είναι ο κύριος παράγοντας, και στη συνέχεια αναλύστε το αποτέλεσμα μέσω της μεθόδου διαισθητικής ανάλυσης. Λαμβάνοντας ως δείκτη την ελάχιστη δύναμη κοπής F, δείτε τον Πίνακα 7 για την ανάλυση των αποτελεσμάτων της δοκιμής. Στον πίνακα, τα K1, K2, K3 και K4 είναι το άθροισμα των αποτελεσμάτων της δοκιμής σε κάθε επίπεδο κάθε παράγοντα επιρροής και τα k1, k2, k3 και k4 είναι οι αντίστοιχες μέσες τιμές. αξία.
Πίνακας 7 Ανάλυση Αποτελεσμάτων Δοκιμών Δείκτη F (Μονάδα: N) Εικόνα
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, επομένως το βέλτιστο σχήμα του δείκτη F είναι B1C2A2, δηλαδή, η ταχύτητα κοπής vc είναι 60m/s, η ποσότητα τροφοδοσίας ανά δόντι fz είναι 0,16 mm/z και η ποσότητα οπής κοπής ap είναι 2mm. Λαμβάνοντας ως δείκτη την ελάχιστη θερμοκρασία κοπής T, η ανάλυση των αποτελεσμάτων της δοκιμής φαίνεται στον Πίνακα 8.
Πίνακας 8 Ανάλυση αποτελεσμάτων δοκιμής δείκτη Τ (μονάδα: K)
εικόνα
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, επομένως η προτιμώμενη λύση είναι η A1B12C4, δηλαδή η ταχύτητα κοπής vc είναι 50m/s και η ταχύτητα τροφοδοσίας ανά δόντι Η ποσότητα fz είναι 0,16 mm/z και η ποσότητα ap είναι 4 mm.
Δοκιμή φρεζαρίσματος και επαλήθευση μοντέλου κράματος βολφραμίου-μολυβδαινίου
4
4.1 Πειραματικός σχεδιασμός
Προκειμένου να επαληθευτεί η εγκυρότητα του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων της δοκιμής άλεσης κράματος βολφραμίου-μολυβδαινίου, χρησιμοποιήθηκε το κέντρο μηχανικής κατεργασίας CNC JOHNFORD-VMC-850 για την άλεση και ο τυπικός μύλος καρβιδίου με άκρα 4- επιλεγμένο ως εργαλείο (βλ. Εικόνα 5).
εικόνα
Σχήμα 5 φρέζας
Το μέγεθος του φύλλου τεμαχίου εργασίας είναι 150mm×130mm×45mm. Προκειμένου να στερεωθεί το τεμάχιο εργασίας στο δυναμόμετρο, η οπή στερέωσης επεξεργάζεται στο τεμάχιο εργασίας πριν από το φρεζάρισμα και η οπή ανοίγεται με τρυπάνι από χάλυβα βολφραμίου φ8,6 mm και στη συνέχεια μέσω του κυλινδρικού μπουλονιού κεφαλής εξάγωνης υποδοχής M8 για στερέωση. Στο πείραμα, το δυναμόμετρο τριών κατευθύνσεων KISTLER9257b χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της δύναμης κοπής, το δυναμόμετρο στερεώθηκε στην εργαλειομηχανή με μια πλάκα πίεσης και η θερμοκρασία κοπής μετρήθηκε με ένα υπέρυθρο θερμόμετρο. Η στερέωση του δυναμομέτρου και του τεμαχίου εργασίας φαίνεται στο Σχήμα 6 και η διαδικασία μέτρησης δύναμης και μέτρησης θερμοκρασίας φαίνεται στο σχήμα 7.
εικόνα
α) Τρύπες στερέωσης μηχανικής κατεργασίας
εικόνα
β) Το μανόμετρο είναι σταθερό
Σχήμα 6 Στερέωση μανόμετρου και τεμαχίου εργασίας
εικόνα
α) Μέτρηση δύναμης κοπής
εικόνα
β) Μέτρηση θερμοκρασίας κοπής
Εικόνα 7 Μέτρηση δύναμης και διαδικασία μέτρησης θερμοκρασίας
4.2 Επικύρωση μοντέλου
Τρεις ομάδες παραμέτρων κοπής επιλέχθηκαν για δοκιμή. Οι προσομοιωμένες τιμές, οι μετρούμενες τιμές και τα σφάλματα της δύναμης κοπής και της θερμοκρασίας κοπής φαίνονται στον Πίνακα 9 και στον Πίνακα 10. Από τον Πίνακα 9 και τον Πίνακα 10 φαίνεται ότι το μέγιστο σφάλμα των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης είναι 15,6%, το οποίο είναι εντός 20% , επομένως τα αποτελέσματα των δοκιμών πληρούν τις απαιτήσεις των εφαρμογών μηχανικής.
Πίνακας 9 Τιμή προσομοίωσης, μετρούμενη τιμή και σφάλμα δύναμης κοπής
εικόνα
Πίνακας 10 Τιμή προσομοίωσης, μετρούμενη τιμή και σφάλμα θερμοκρασίας κοπής
εικόνα
συμπέρασμα
5
Σε αυτό το έγγραφο, το λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός τρισδιάστατου μοντέλου άλεσης κράματος βολφραμίου-μολυβδαινίου. Σύμφωνα με διαφορετικές παραμέτρους κοπής, μελετάται ο νόμος μεταβολής της δύναμης κοπής και της θερμοκρασίας κοπής που δημιουργείται κατά τη διαδικασία άλεσης κράματος βολφραμίου-μολυβδαινίου και οι βέλτιστες παράμετροι άλεσης λαμβάνονται μέσω ορθογώνιων πειραμάτων. Συνδυασμός, παροχή αναφοράς για την πραγματική άλεση. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν είναι τα ακόλουθα.
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>Α. Επομένως, η βέλτιστη λύση της δύναμης κοπής F είναι το B1C2A2, δηλαδή 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>Β. Επομένως, η βέλτιστη λύση της θερμοκρασίας κοπής T είναι A1B1C4, δηλαδή vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Εξετάστε διεξοδικά την αποτελεσματικότητα κοπής και τα οφέλη στην πραγματική επεξεργασία και αποκτήστε τον βέλτιστο συνδυασμό παραμέτρων διεργασίας, δηλαδή vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }}χιλ.
