Abdullah Duran, Muammer Nalbant

| English | Русский |

Исследование методом конечных элементов изгиба, происходящего при резании быстрорежущим инструментом
Abdullah Duran, Muammer Nalbant
(Mechanical Engineering Department, Technical Education Faculty, Gazi University, Ankara, TeknikokuIIar, Turkey)

РЕФЕРАТ

Изгиб, который происходит в режущем инструменте во время обработки на токарном станке, влияет на долговечность инструмента, шероховатость поверхности и точность размеров. В этой научно-исследовательской работе, был рассчитан изгиб, по теореме Кастильяно, который соответствует изгибу полученным методом конечных элементов. Постоянные условия обработки, материал C1060 обработан быстрорежущим (HSS) инструментом, имеющей 60, 75 и 90 углы в плане. Был определен, используя ANSYS программу метода конечных элементов, изгиб режущего инструмента от сил, которые изменялись от 1360 Н до 1325 Н в течение обработке, изменяющийся между 0,039958 и 0,04373 мм. Согласно результатам, было установлено, что изгиб, вычисленный по теореме Кастильяно, изменяющийся от 0,03542 до 0,034505 мм, был почти таким же что и изгиб, определенный методом конечных элементов.

1 ВВЕДЕНИЕ

При обработке металлов резанием используются различные металлорежущие станки и режущие инструменты. Режущий инструмент, для изгиба, может обычно разделить на две группы: быстрорежущие и твёрдо сплавные. Быстрорежущий (HSS) режущий инструмент может быть подразделен на три группы, согласно его изготовлению: цельный, напайной и со сменной пластиной.

Геометрии режущего инструмента, геометрии стружки, режущий инструмент и материал заготовки, скорость резания и смазочно-охлаждающая жидкость являться основными показателями, влияющими на обработку металлов в процессе резанием.

Геометрия инструмента, один из наиболее важных показателей, влияющий на процесс обработки металлов резанием, определяется главным передним углом, задним боковым углом, боковым углом резца в плане и передним углом на задней поверхности. Геометрия инструмента является важным показателем, оказывающим влияние на снижение сил резания и долговечность инструмента. Для оптимального точение, правильный выбор режимов резания, а также длины вылета державки из своего резцедержателя является важным. Поскольку, неправильный выбор острых параметров приводит к быстрому износу инструмента, поломке и пластическим деформациям. Это увеличивает простой станка из-за замены поврежденного режущего инструмента и вызывает некоторые другие проблемы как, например: низкое качество поверхности и изменение размеров заготовки. Это, в свою очередь, увеличивает общую стоимость.

Определение острых параметров через стандартные методы в большинстве случаев не возможное. Приближенные методы решения, дающие очень ограниченные результаты. Параллельное проектирование с вычислительной техникой, используя методом конечных элементов (FEM), один из приближенных методов решения, чрезвычайно распространен. Метод конечных элементов дает очень ограниченные результаты действительных значений, следовательно, теперь хорошо распространен численный метод. В этом анализе, исследовано отклонение HSS режущего инструмента при изгибе, используя программу ANSYS версии 5.4 основанной на длине вылета инструмента из резцедержателя. Смещение инструмента также было, вычислено используя теорию Кастильяно и полученные результаты были сравнены с использование программы ANSYS.

2 ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ 2.1 Процесс резания

Обработка металлов резанием является сложным физическим феноменом, который включает гибкую и пластическую деформацию, интенсивное трение и тепло, стружкообразование и износ режущего инструмента. Для того чтобы произвести резание режущим инструментом (как показано в Фиг. 1(a)), необходимо врезаться в заготовку и переместится относительно заготовки. Так как в результате, заготовка первоначально упруго деформируется (Фиг. 1(b)) и когда сила превышает предел прочности заготовки, происходит пластическая деформация. Пластическая деформация приводит к стружкообразованию (Фиг. 1(c)). Сформирование слоя стружки заготовки образуется на передней поверхности режущего инструмента. Движение стружки происходит по-разному в зависимости от свойств заготовки и режимов резания.

Фиг. 1 – Процесс стружкообразования
2.2 Силы резания

Требуемое усилие стружкообразования, необходимое для преодоления развивающего напряжение во время стружкообразования, может быть подразделено на три составляющие: сила резания (Fs), сила подачи (Fv) и радиальная сила (Fp). Силы резания образованные при точении изображены на Фиг. 2.

Фиг. 2 – Силы резания, действующие на режущий инструмент во время обработки

Сила резания (Fs) противодействующая механизму подачи и сила режущего инструмента действующая перпендикулярно на ось заготовки. Сила подачи (Fv) действует параллельно оси вращения заготовки и в направлении подачи. Радиальная сила (Fp) действует перпендикулярно на обработанную поверхность и воздействующая на режущий инструмент.

Если режущий инструмент зафиксирован в резцедержателе считается как консольная балка показано на Фиг. 3, деформация инструмента (

) от силы Fs должно больше нуля во время обработки.

Фиг. 3 – Изображение режущего инструмента как консольной балки
2.3 Теория Кастильяно

Согласно теории Кастильяно, суммарная внутренняя деформация в точке касания прикладных внешних сил дает перемещение точки приложения силы в направлении действия. Перемещение поперечного сечения балки в точке B (Фиг. 4(a)) от силы Fs может быть, определено используя теорию Кастильяно.

Фиг. 4 – Односторонняя консольная балка

Изгибающий момент в любой точке балки на Фиг. 4(b), может быть, определен используя следующее уравнение:

Если момент M изменяется вдоль балки, внутреннее напряжение развивается в результате исходного изгибающего момента балки, тогда dx элементарная длина деформация определяется с использованием

Суммарное напряжение вычисляется следующим образом:

Поворот в балки (

) может быть определен по следующей форме:

2.4 Конечные элементы

В методе конечных элементов, принято, что деталь делится на много небольшие элементы. Поэтому этот метод назван методом конечный элементный. Основная идея метода конечных элементов, решение комплексное задачи заменив ее простой задачей. Используя существующие математические методы, на практике реальные или приближенные решения не могут быть определены для многих задач. Однако метод конечный элементный может быть использован, для нахождения приближенных решения для этих задач. В методе конечных элементов, производится решение составной сопряженной части, которая называется конечным элементом. Может быть предположено, что эти части держатся вместе гайками и винтами. Также предположено, что когда соединение удалено, части разделены…

Индивидуальное задание