numero Sfoglia:102 Autore:Editor del sito Pubblica Time: 2018-11-12 Origine:motorizzato
La Fig. 13 mostra la storia della formazione di chip per una simulazione prodotta con la tecnica di deformazione. La variabile di contorno è la deformazione in plastica equivalente, tagliata a un massimo di 3. (un diagramma della temperatura è molto Simile a questo, poiché la conduttività termica è piccola.) Le condizioni di taglio erano le stesse della Figura 12.
La forma del primo segmento e della banda di taglio è diversa da quella di quelle seguenti. Mostra una fascia di taglio fortemente divisa, mentre le ultime fasce di taglio sono divise solo leggermente sul lato dell'utensile. La curvatura di questo prima Il segmento è molto più forte, in modo da contattare il materiale non tagliato. Questi ultimi segmenti sono molto simili tra loro, con una distanza costante tra i segmenti e un simile grado di segmentazione. La differenza tra il primo e I seguenti segmenti sono dovuti alla differenza di geometria tra il materiale inizialmente non tagliato e il materiale con una fascia di taglio.
La deformazione dei chip prodotti sperimentalmente è diversa dalla simulazione in due aspetti: il grado di segmentazione è più forte nell'esperimento (questo è in parte dovuto alla densità della mesh, vedi sopra) e alla distanza tra Anche le bande di taglio sono più grandi (vedi Fig. 9 per il confronto). Ciò è probabile principalmente a causa della differenza nell'angolo di rastrello. Errori nel flusso di plastica
Fig. 13. Sviluppo di un chip segmentato. Mostrato è la deformazione in plastica equivalente come diagramma di contorno. La scala è scelta in modo tale che il colore più scuro indica tutti i valori più grandi di 3. Parametri di taglio: profondità di taglio 40 lm, velocità di taglio 50 ms, angolo di rastrello 10 °. Le curve possono anche svolgere un ruolo, ma questo non può essere deciso al momento. Anche la curvatura dei chip non è in stretto accordo, poiché i chip simulati sono più fortemente curvi.
Il materiale tra le bande di taglio è solo debolmente deformato. La deformazione è più forte sul lato dell'utensile del chip per motivi geometrici. Questo è vero sia nella simulazione che nell'esperimento. La piccola deformazione delle regioni Tra le bande di taglio porta a un piccolo aumento della temperatura; Nelle simulazioni, La temperatura massima nelle bande di taglio raggiunge 800 ° C o più, mentre le regioni meno deformate sono a temperature inferiori a 150 ° C. A causa della bassa conduttanza di calore del materiale, queste differenze non escono nemmeno nella simulazione tempi considerati.
Uno studio dettagliato della formazione di una banda di taglio è mostrato in Fig. 14. Da questo, si possono distinguere diversi passaggi del processo di formazione della banda di taglio:
Leggera deformazione plastica di tutta la regione di fronte alla punta dell'utensile, piegatura verso l'alto del retro del materiale.
Una zona di deformazione si forma davanti alla punta dell'utensile.
Una piccola regione sul retro del pezzo inizia a deformare in modo plastico.
Le due zone di deformazione si uniscono e la deformazione plastica si localizza.
Il segmento tagli fortemente lungo la fascia di taglio.
Una seconda zona di taglio può formarsi che porta a una fascia di taglio divisa che è curva verso il basso.
Dalla simulazione si può vedere che la banda di taglio non inizia semplicemente a formarsi di fronte alla punta dello strumento e quindi si estende in tutto il chip. Invece, una seconda regione di deformazione si forma prima sul retro dei chips, e solo Successivamente le due regioni si uniscono. 6 Se il taglio in superficie induce le crepe, ciò potrebbe portare alla formazione di crepe nelle fasi molto precoci del processo di segnalazione del chip. Questo, tuttavia, non può essere concluso dalla presente simulazione.
Un altro aspetto interessante è la formazione di bande di taglio divise. La fascia di taglio si piega verso l'alto mentre la punta dello strumento avanza e una nuova zona di deformazione si forma di fronte alla punta dello strumento, portando a una seconda fascia di taglio che si unisce al primo. Non appena si è formata la seconda banda di taglio, la deformazione si concentra in questa regione e la metà superiore della banda di taglio non si forma più. Questo può essere visto dal tasso di deformazione, che diventa piccolo nella metà superiore della banda di taglio e grande nella parte inferiore non appena si verifica la scissione.
Questa banda di taglio divisa sembra non essere un artefatto di simulazione, nonostante il fatto che la sua forma dettagliata sia influenzata dal meccanismo di separazione (vedi Fig. 12). Bande di taglio simili sono state osservate in un'altra simulazione (vedi [19], Fig. 9) E sono stati anche trovati sperimentalmente (vedi Fig. 15).
Una possibile ragione per il verificarsi di queste bande di taglio può essere compresa dalla Fig. 16. La banda di taglio inizialmente si forma come una linea quasi retta, come si vede in Fig. 16 (a sinistra). Man mano che lo strumento avanza, la regione del materiale A direttamente davanti Della punta dell'utensile e sotto la fascia di taglio deve essere rimosso. Una possibilità per questo è quella di curvare fortemente la fascia di taglio verso l'alto mentre lo strumento avanza, 7 in modo che il materiale da rimuovere si sposta a sinistra e verso l'alto. Ciò, tuttavia, richiederebbe una forte deformazione plastica nella zona S2 a sinistra della banda di taglio, in cui la temperatura è ancora piccola e l'energia richiesta per la deformazione è di conseguenza grande, e anche alcune deformazioni nel segmento già formato S1. Se una fascia di taglio divisa si forma invece a sinistra della regione A, questa regione può essere spostata tosata lungo la fascia di taglio, il che è molto più facile. Questo causa tutto Anche il chip già formato (S1) per muoversi lungo la zona di taglio e, quando la fascia di taglio è curva, anche il chip diventa curvo. La regione A di fronte alla punta dello strumento cambia così il suo ruolo: all'inizio appartiene alla nuova formazione Il segmento S2, ma non appena la seconda banda di taglio prende il sopravvento, appartiene cineticamente al segmento S1 già formato. I vincoli geometrici richiedono ancora una piccola deformazione in questa regione, ma il materiale lasciato solo la banda di taglio Deve deformarsi leggermente per accogliere la (piccola) curvatura della fascia di taglio.
La formazione della banda di taglio diviso non è ovviamente un fenomeno puramente geometrico: una deformazione continua della regione A nella figura potrebbe causare un effetto simile senza una forte localizzazione. Se la deformazione in questa zona I concentrati in una seconda banda di taglio dipendono dalle curve di flusso e dalla tendenza della deformazione a localizzare.
Un confronto tra le bande di taglio divisa simulate e dell'esperimento mostrano che la loro forma differisce: le bande di taglio sperimentali curve nella direzione opposta da quelle simulate. Questa differenza non può ancora esserlo Spiegato, ma l'influenza dell'attrito, del calore dello strumento e dei diversi angoli di rastrello può svolgere un ruolo in questo.
La Fig. 17 mostra la forza di taglio calcolata per la simulazione di Fig. 13. Come previsto, le forti oscillazioni di 7 notano che l'attrito è trascurato in questa simulazione, in modo che nessuna curvatura della banda di taglio possa essere causata da esso. È probabile che L'inclusione dell'attrito distruggerebbe almeno in parte le bande di taglio diviso dalla forte deformazione del lato dell'utensile del chip.
Fig. 14. Dettaglio della formazione della seconda banda di taglio per la stessa simulazione della Fig. 13. mostrato è la deformazione in plastica equivalente come diagramma di contorno. La scala è scelta in modo tale che il colore più scuro indica tutti i valori più grandi di 2.
Il tempo tra due immagini consecutive è di 50 ns. La linea orizzontale è la superficie di contatto ausiliaria per evitare la penetrazione del chip nel pezzo non tagliato.
La forza si verifica, con un alto valore assoluto della forza quando la deformazione non è concentrata e un valore inferiore durante i periodi di localizzazione del taglio e taglio del chip lungo le bande di taglio. I valori assoluti della forza sono non in accordo con le indagini sperimentali, ma sono troppo basse per un fattore di circa 2. Questo è Principalmente a causa delle incertezze nelle curve di flusso di plastica e anche alle diverse angoli di rastrello. Da un lato, la diminuzione dello stress a ceppi maggiore di 0,2 è probabilmente esagerata nelle curve; d'altro canto, I valori di stress ai tassi di deformazione estremi saranno molto più alti di quelli a
Fig. 15. Presenza di bande di taglio diviso in chip di produzione sperimentale: (a sinistra) Chip di Ti6al4V (strumento sul lato destro); (a destra) Chip di CK 45 (strumento sul lato sinistro) creato con un esperimento di arresto rapido a IEP, Magdeburgo. Questa figura è stato fornito da U. Schreppel e P. Veit, IEP, Magdeburgo.
Fig. 16. Due fasi durante la formazione di una fascia di taglio divisa. Le configurazioni sono tratte dal quarto e settimo stato mostrato in Fig. 14. Il segmento S1 è già formato nel primo stato, il segmento S2 inizia ad evolversi. L'avanzamento Lo strumento deve rimuovere la regione A. La fascia di taglio divisa davanti a A consente di spostare questa regione nella posizione contrassegnata da B nella figura destra. Il segmento già formato S1 è solo leggermente deformato durante questo processo. La divisione del La banda di taglio consente quindi di accogliere la rimozione del materiale dalla regione A senza forte deformazione all'interno di S1 o in S2
Il modello a elementi finiti consente di studiare l'influenza di diversi parametri di materiale e di processo sulla formazione di chip. In questa sezione verranno mostrati due esempi.
In un primo esperimento, le proprietà elastiche del materiale sono state modificate. Si può sostenere che la formazione di bande di taglio è innescata dal rilascio di energia elastica immagazzinata nel materiale deformato. La Fig. 18 mostra che in effetti il La densità di energia elastica diminuisce fortemente quando si forma un segmento di chip. Il valore assoluto di questa energia è, tuttavia, piccolo rispetto all'energia di deformazione plastica. Per studiare ulteriormente questo effetto, il modulo del materiale di Young era Varie tra57,5 e 575 MPa a temperatura ambiente, in modo che l'energia elastica immagazzinata cambi di conseguenza. 8
I modelli di deformazione risultanti sono simili per questi tre casi, ma il grado di segmentazione cambia leggermente, corrispondente a un cambiamento nella frequenza di segnalazione. Questo può essere visto dalla Fig. 19, dove si trova la forza di taglio mostrato per i tre diversi casi. Più basso è il modulo elastico, maggiore è il grado di segmentazione e tempo di segmentazione. Una possibile spiegazione è che una maggiore quantità di energia elastica immagazzinata facilita la taglio o quella La taglio di plastica è preferita poiché la deformazione elastica della regione sinistra della banda di taglio è energicamente sfavorevole. Un'altra possibilità è che la deformazione si concentri più fortemente nel materiale più rigido e quindi aumenta la frequenza di segmentazione. Un'indagine più dettagliata 8 Si noti che la quantità di energia elastica è delimitata dalla resistenza a snervamento fisso del materiale, in modo che il materiale con il modulo elastico inferiore abbia l'energia di deformazione più elevata se il materiale si deforma in modo plastico.
Fig. 18. densità di energia elastica (nelle unità MJ/mm3) alla seconda e quarta fase di tempo dalla Fig. 14. La scala è scelta in modo tale che il colore più scuro indica tutti i valori più grandi di 20. La densità di energia diminuisce fortemente durante il Formazione della banda di taglio, suggerendo che il rilascio di energia elastica può influenzare la formazione della banda di taglio.
Fig. 19. Forza di taglio per tre simulazioni con diverse proprietà elastiche. Si può vedere che la frequenza di segmentazione è ridotta con l'aumentare del modulo elastico. Parametri di taglio: profondità di taglio 40 lm, velocità di taglio 50 m/s, rastrello angolo 10 °.dell'influenza del modulo elastico è necessario per comprendere a fondo questa domanda.
Come seconda variazione, la velocità di taglio è stata ridotta di un fattore di 100-0,5 m/s. A questa velocità, la conducibilità termica è abbastanza alta in modo che non sia possibile una forte concentrazione di temperatura. A causa della mamma maxi nel flusso di plastica Curve, ci si dovrebbe comunque aspettare che la segmentazione del chip si verifichi anche come lo fa sperimentalmente. (Questo fatto faceva parte del motivo per usare le curve di flusso con un massimo chiaro.) Questo è davvero vero, ma può essere visto solo nel Simulazione Se la densità della mesh è ulteriormente aumentata, come menzionato nella Sezione 4.2. Ciò indica che la tendenza a formare chip segmentati è più piccola alla velocità di taglio inferiore.
È stato mostrato un modello a elementi finiti del processo di taglio metallico utilizzando il software standard (ABAQUS/Standard). Il modello si basa sulle seguenti tecniche:
uso di elementi quadrilaterali;
frequente rimessa;
forma speciale della mesh iniziale;
rimesco discontinuo per chip segmentati;
Uso di due diverse tecniche di separazione.
Il modello è stato applicato al taglio ortogonale di una lega di titanio, usando curve di flusso di plastica basate sull'esperimento, ma in possesso di qualche incertezza sperimentale.
Sono stati mostrati anche alcuni risultati prodotti con il modello. È possibile analizzare i dettagli del processo di formazione dei chip. La formazione della banda di taglio inizia davanti alla punta dell'utensile. Una seconda regione di deformazione si forma sul chip Il retro e le due regioni si uniscono. La regione di formazione DE si restringe ulteriormente, fino a quando la deformazione è concentrata in una banda di taglio molto piccola. La banda di taglio può separarsi in seguito, un fenomeno che è stato osservato anche in alcuni esperimenti.
Inoltre, è stata studiata l'influenza del modulo elastico e della velocità di taglio. Il modulo elastico influenza il grado di segmentazione dei chip. Con le curve di flusso che mostrano una forte massima isotermicamente, si formano chip segmentati Anche a basse velocità di taglio, se la densità della rete è aumentata sufficientemente.
L'accordo tra chips simulato e sperimentato produceva chip era ragionevole considerando le incertezze dei parametri di input. La cosa più importante è che il grado di segmentazione nella simulazione sia più piccolo che esperimenti. Ciò può essere causato dalle curve di flusso di plastica utilizzate che favoriscono fortemente la generazione di bande di taglio, in modo che la frequenza di segmentazione sia aumentata e il grado di segmentazione è diminuito di conseguenza. Questo potrebbe Indicare che il fallimento del materiale deve essere incluso nella simulazione, ma questo non è ancora chiaro.
Per ragioni di semplicità, attrito e conduzione del calore nello strumento sono stati trascurati in questo studio. Le indagini future includeranno questi processi e consentiranno quindi di studiare il loro effetto sul processo di formazione dei chip.
Un miglioramento necessario riguarda la forma dello strumento, specialmente nel caso del modello di deformazione pura. Qui, la forza passiva e la deformazione della superficie del pezzo sono troppo piccoli, poiché nessun materiale viene spinto sotto lo strumento. Il L'assunzione di uno strumento infinitamente affilato e la penetrazione risultante del materiale nello strumento (vedi Fig. 8) devono essere migliorate aggiungendo un raggio di strumento finito.
Infine, è possibile eseguire studi parametrici al fine di comprendere l'influenza di diversi parametri del materiale sul processo di formazione del chip. Le variabili più interessanti per cambiare sono le curve di flusso di plastica e la termica Proprietà della lega di titanio. I risultati di questi studi potrebbero non solo aiutare a capire cosa rende il titanio difficile da tagliare, ma può anche indicare possibili miglioramenti della lega.
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