Volframi-molybdeeniseos on vaikeasti työstettävä materiaali, jolla on korkeat käsittelykustannukset, alhainen käsittelyteho ja voimakas työkalujen kuluminen. ABAQUS-elementtianalyysiohjelmistolla laadittiin volframi-molybdeeni-lejeeringin kolmiulotteinen jyrsintämalli ja tutkittiin volframi-molybdeeni-seoksen jyrsintäprosessia eri leikkausparametreille. Leikkausvoiman ja lastuamislämpötilan vaihtelulaki varmistetaan jyrsintätestillä simulointimallin tehokkuuden varmistamiseksi. Optimaalinen leikkausparametrien yhdistelmä saatiin ortogonaalisilla kokeilla, eli leikkausnopeus vc=60m/s, takaisinkytkentä ap=3mm, syöttö hammasta kohti fz=0,16 mm/z .
johdanto
1
Volframi ja molybdeeni sisältävät runsaasti varantoja, ja niitä on laajalti levinnyt maassani. Volframi ja molybdeeni kuuluvat alkuaineiden jaksollisessa taulukossa ryhmän VIIB alkuaineisiin ja ovat tyypillisiä korkean sulamispisteen metalleja. Koska volframi-molybdeeniseoksella on korkeampi sulamispiste ja pienempi tiheys kuin puhtaalla volframilla, se yhdistää volframin ja molybdeenin edut. Korroosion- ja ablaatiokestävyys [1], joten siitä on tulossa tärkeä materiaali ilmailualalla, sitä voidaan käyttää rakettimoottorien suuttimissa ja kaasuturbiinien avainkomponenteissa, ja sillä on laajemmat käyttömahdollisuudet tulevaisuuden teollisuusalalla.
Volframi-molybdeeni-seoksen leikkausperiaatteen tutkimiseksi tutkijat ovat tehneet paljon tutkimustyötä. Kun Luo Zhengchuan [2] käytti kovametallityökaluja volframipohjaisten metalliseosten leikkaamiseen, työkalujen kuluminen oli äärimmäisen nopeaa, ja pääasiallinen kulumismuoto, joka aiheutti kovametallityökalujen vian, oli kolmion muotoinen kulumisalue, joka ilmestyi pääosan leikkauskohtaan. kylki ja apukylki. Työkalujen kulumisen pääasiallinen syy on kovien pisteiden aiheuttama mekaaninen kuluminen, ja koboltin diffuusio sideaineena kovametallissa nopeuttaa työkalujen kulumista. Leikkaaessaan volframipohjaisia metalliseoksia Ye Yi [3] havaitsi, että hienorakeisten tai erittäin hienorakeisten WC-pohjaisten kovametallityökalujen, joiden pinnalla on kulutusta kestävä pinnoite, käyttöikä on lyhyempi. Sen metalliseosten koneistus on epätaloudellista. Komposiittikeraamiset työkalut eivät sovellu korkean volframiseosmateriaalien leikkaamiseen, eikä PCD-timanttityökalujen käyttöikä ole merkittävästi parantunut WC-pohjaiseen kovametalliin verrattuna. Volframi ja sen seosmateriaalit on parasta käsitellä PCBN-leikkaustyökaluilla ja laaduilla, joissa on enemmän CBN-pitoisuutta (kuten DBC80), jotta saadaan parempia taloudellisia hyötyjä.
ABAQUS elementtianalyysiohjelmisto on yleisesti käytetty ohjelmisto metallin leikkauksen simulointiin. Siinä on tehokkaat epälineaariset analyysitoiminnot ja se voi toteuttaa lämpömekaanisen kytkennän. Volframi-molybdeeniseos on vaikeasti työstettävä materiaali, jolla on korkeat prosessointikustannukset, alhainen käsittelyteho ja voimakas työkalujen kuluminen. Siksi tässä artikkelissa käytetään ABAQUS-elementtianalyysiohjelmistoa volframi-molybdeeniseoksen kolmiulotteisen jyrsintämallin luomiseen. Prosessissa syntyvää lastuamisvoimaa ja lastuamislämpötilaa muutetaan, ja lopuksi ortogonaalitestillä saadaan optimaalinen jyrsintäparametrien yhdistelmä, joka tarjoaa referenssin varsinaiselle jyrsintäprosessille.
Volframi-molybdeenilejeeringin äärellisten elementtien mallinnus
2
2.1 Työkalun geometriamalli
Simulaatiossa käytetään kovametallin standardi 4-teräjyrsintä, ja tekniset tiedot on esitetty taulukossa 1. Jyrsinmalli luodaan käyttämällä SolidWorks 3D -mallinnusohjelmistoa, kuten kuvassa 1. Koska tämän tutkimuksen tarkoitus on analysoida lastuamisvoiman ja lastuamislämpötilan vaihtelua eri jyrsintäparametreilla ja ottaen huomioon, että työkalun pääleikkausreuna on paljon pienempi kuin työkappale, työkalun oletetaan olevan jäykkä kappale ABAQUS elementtianalyysissä riippumatta Työkalun muodonmuutos ja kuluminen, työkalun fyysiset parametrit on esitetty taulukossa 2.
Taulukko 1 Työkalun tekniset tiedot (yksikkö: mm) kuva
kuva
Kuva 1 Jyrsinmalli
Taulukko 2 Työkalun fyysiset parametrit
kuva
2.2 Volframi-molybdeeni-seosmateriaalin konstitutiivinen malli
Tämän paperin simulointityökappaleen materiaalina on volframi-molybdeeniseos, ja tärkeimmät fyysiset ja mekaaniset suorituskykyparametrit on esitetty taulukossa 3[4].
Taulukko 3 Volframi-molybdeeniseosmateriaalien fysikaaliset parametrit
kuva
Metallinleikkausprosessissa useimmissa tapauksissa materiaalit joutuvat elastisplastiseen muodonmuutokseen korkeassa lämpötilassa, suuressa jännityksessä ja suuressa jännitysnopeudessa, joten järkevän materiaalimallin luominen on myös avainvaihe onnistuneessa simulaatiossa. Tämän asiakirjan materiaalimallissa käytetään Johnson-Cookin konstitutiivista mallia, joka voi heijastaa materiaalin jännityskovetusvaikutusta, venymäkovetusvaikutusta ja lämpöpehmennysvaikutusta, ja sen muoto on
kuva
Kaavassa σ on virtausjännitys (MPa); ε on plastinen venymä; ε0 on viitevenymänopeus; T on lämpötila ( aste ); Tr on huoneen lämpötila ( aste ); Tm on materiaalin sulamispiste (aste); A, B, C, m ja n ovat materiaaliparametreja, ja arvot on esitetty taulukossa 4[5].
Taulukko 4 Volframi-molybdeeniseosmateriaalien Johnson-Cookin konstitutiivinen malliparametrit
kuva
2.3 Kosketus- ja rajaehdot
Luo kontaktiattribuutti, ja koska työkalua pidetään jäykänä kappaleena simuloinnin aikana, sinun on luotava toinen jäykkä runkorajoitus. Luo rajaehto ensimmäisessä analyysivaiheessa rajoittaaksesi kaikkia vapausasteita työkappaleen sivulla. Työkalun on rajoitettava 4 vapausastetta ja asetettava kierto ja liike Z-akselin ympäri, missä pyörimisnopeus on karan nopeus ja liikenopeus on syöttönopeus. Luo ennalta määritetty lämpötilakenttä ja määritä työkappaleen lämpötilaksi 298K.
2.4 Verkkojako
Silmäjaon laadulla on suuri vaikutus elementtisimulaatioiden tuloksiin. Siksi mallia verkotettaessa on ensin valittava sopiva verkkoyksikkötyyppi ja tarkasteltava tarkkuus ja kustannukset kattavasti, jotta verkon tiheyttä voidaan hallita järkevästi. Mitä tiheämpi ruudukko on, sitä tarkempi simulointitulokset ovat, mutta se lisää laskentakustannuksia. Työkaluruudukon ja työkappaleristikon vähimmäiskoko on 0,02 mm, ja työkalu ja työkappale on jaettu vastaavasti yhtenäisiksi ristikoiksi. Työkalurakenne on monimutkainen, ja siinä käytetään tetraedristä ei-riippumatonta rakenneverkkoa, tyyppi on C3D10MT ja työkaluristikko on 74400 yksikköä. Työkappaleessa on kuusikulmainen rakenteellinen verkko, työkappaleruudukko on 26250 yksikköä ja työkappaleen ruudukkotyyppi on C3D8RT. Työkalu ja työkappale ristikon jälkeen on esitetty kuvassa 2 ja kuvassa 3 vastaavasti.
kuva
Kuva 2 Työkaluruudukko
kuva
Kuva 3 Työkappaleristikko
2.5 Malliratkaisu
ABAQUS/Explicitiä käytetään mallin laskemiseen, ja analyysivaiheen tyyppi on dynaaminen eksplisiittinen lämpö-mekaaninen kytkentäanalyysivaihe. Kun laskelma on suoritettu, tuloksia voidaan tarkastella ja analysoida ABAQUS-jälkikäsittelymoduulin kautta. Jyrsintäsimulaatiotulokset on esitetty kuvassa 4.
kuva
Kuva 4 Jyrsintäsimulaatiotulokset
Simuloitu ortogonaalinen testi
3
3.1 Kokeellinen suunnittelu
Tässä kokeessa tutkitaan pääasiassa leikkausnopeuden vc, takakytkennän ap:n ja hammasta kohden fz:n vaikutusta leikkausvoimaan ja leikkauslämpötilaan volframi-molybdeeniseoksen jyrsintäprosessissa, joten muodostetaan ortogonaalinen taulukko, jossa on kolme tekijää ja neljä tasoa (katso Taulukko 5) eli ota vc, ap ja fz riippumattomina muuttujina. Olkoon leikkausleveys ae=1mm, pienin leikkausvoima F ja pienin leikkauslämpötila T vasteena [6]. Ortogonaalisen testitaulukon valintaperiaatteen mukaisesti otetaan käyttöön L16-ortogonaalinen taulukko ja testijärjestely ja tulokset on esitetty taulukossa 6.
Taulukko 5 Ortogonaaliset tekijät ja tasot
kuva
Taulukko 6 Ortogonaaliset testitulokset
kuva
3.2 Elementtisimulaatiotulosten analyysi
Ortogonaalitestin tulosten analysointiin käytetään alue R -menetelmää, ja alue viittaa kutakin tasoindeksiä vastaavan maksimiarvon ja minimiarvon erotukseen. Etäisyysanalyysimenetelmä, jota kutsutaan nimellä R-menetelmä, on yleisimmin käytetty menetelmä ortogonaalisten kokeiden tulosten analysointiin. Tämä menetelmä sisältää kaksi laskenta- ja arviointimoduulia, ja se voi selvittää testissä ensisijaisen ja toissijaisen, optimaalisen tason ja optimaalisen tekijöiden yhdistelmän [7]. R-menetelmän periaate on verrata kunkin sarakkeen arvoaluetta laskemalla alue. Mitä suurempi alue, sitä suurempi tekijän vaikutus tulokseen, joka on päätekijä, ja analysoi tulos sitten intuitiivisen analyysimenetelmän avulla. Kun indeksiksi otetaan pienin leikkausvoima F, katso testitulosten analyysi taulukosta 7. Taulukossa K1, K2, K3 ja K4 ovat kunkin vaikuttavan tekijän kullakin tasolla saatujen testitulosten summa ja k1, k2, k3 ja k4 vastaavat keskiarvot. arvo.
Taulukko 7 Indeksin F testitulosten analyysi (yksikkö: N) Kuva
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, joten indeksin F optimaalinen kaavio on B1C2A2, eli leikkausnopeus vc on 60m/s, syöttömäärä hammasta kohti fz on 0,16 mm/z ja takaisinleikkauksen määrä ap. on 2mm. Kun indeksiksi otetaan pienin leikkauslämpötila T, testitulosten analyysi on esitetty taulukossa 8.
Taulukko 8 Indeksin T-testin tulosten analyysi (yksikkö: K)
kuva
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, joten suositeltava ratkaisu on A1B12C4, eli leikkausnopeus vc on 50m/s ja syöttönopeus hammasta kohden Määrä fz on 0,16mm/z ja määrä ap on 4mm.
Volframi-molybdeenilejeeringin jyrsintätesti ja mallin tarkastus
4
4.1 Kokeellinen suunnittelu
Volframi-molybdeenilejeeringin jyrsintätestin elementtimallin oikeellisuuden varmistamiseksi käytettiin jyrsintään CNC-työstökeskusta JOHNFORD-VMC-850 ja tavallista 4-terättyä kovametallipääjyrsintä. valittu työkaluksi (katso kuva 5).
kuva
Kuva 5 jyrsin
Työkappalelevyn koko on 150mm × 130mm × 45mm. Työkappaleen kiinnittämiseksi dynamometriin asennusreikä työstetään työkappaleeseen ennen jyrsimistä ja porataan reikä φ8,6 mm volframiteräsporanterällä ja sitten sylinterimäisen kuusiokolokantapultin M8 läpi kiinnitystä varten. Kokeessa leikkausvoiman mittaamiseen käytettiin kolmitiedynamometriä KISTLER9257b, dynamometri kiinnitettiin työstökoneen pöytään puristuslevyllä ja leikkauslämpötila mitattiin infrapunalämpömittarilla. Dynamometrin ja työkappaleen kiinnitys on esitetty kuvassa 6 ja voimanmittaus ja lämpötilan mittaus on esitetty kuvassa 7.
kuva
a) Asennusreikien koneistus
kuva
b) Voimamittari on kiinteä
Kuva 6 Voimamittarin ja työkappaleen kiinnitys
kuva
a) Leikkausvoiman mittaus
kuva
b) Leikkauslämpötilan mittaus
Kuva 7 Voiman mittaus ja lämpötilan mittausprosessi
4.2 Mallin validointi
Testattavaksi valittiin kolme leikkausparametriryhmää. Leikkausvoiman ja leikkauslämpötilan simuloidut arvot, mitatut arvot ja virheet on esitetty taulukoissa 9 ja 10. Taulukoista 9 ja 10 voidaan nähdä, että simulointitulosten maksimivirhe on 15,6 %, mikä on 20 % sisällä. , joten testitulokset täyttävät teknisten sovellusten vaatimukset.
Taulukko 9 Simulaatioarvo, mitattu arvo ja leikkausvoiman virhe
kuva
Taulukko 10 Simulaatioarvo, mitattu arvo ja leikkauslämpötilan virhe
kuva
johtopäätös
5
Tässä artikkelissa ABAQUS-elementtianalyysiohjelmistoa käytetään kolmiulotteisen volframi-molybdeeniseoksen jyrsintämallin luomiseen. Eri lastuamisparametrien mukaan tutkitaan volframi-molybdeenilejeeringin jyrsinnässä syntyvän leikkausvoiman ja leikkauslämpötilan vaihtelulakia ja optimaaliset jauhatusparametrit saadaan ortogonaalisilla kokeilla. Yhdistelmä, anna viite todelliseen jyrsintään. Saadut johtopäätökset ovat seuraavat.
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. Siksi leikkausvoiman F optimaalinen ratkaisu on B1C2A2, eli 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. Siksi leikkauslämpötilan T optimaalinen ratkaisu on A1B1C4, eli vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Harkitse kokonaisvaltaisesti leikkaustehoa ja hyötyjä todellisessa käsittelyssä ja hanki optimaalinen prosessiparametrien yhdistelmä, eli vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }}mm.
