Volfram-molybdenlegering är ett svårbearbetat material, med hög bearbetningskostnad, låg bearbetningseffektivitet och hårt verktygsslitage. Med hjälp av ABAQUS finita elementanalysmjukvara etablerades en tredimensionell fräsmodell av volfram-molybdenlegering, och fräsningsprocessen av volfram-molybdenlegering studerades för olika skärparametrar. Variationslagen för skärkraft och skärtemperatur verifieras av frästestet för att verifiera effektiviteten av simuleringsmodellen. Den optimala kombinationen av skärparametrar erhölls genom ortogonala experiment, det vill säga skärhastighet vc=60m/s, bakåtkoppling ap=3mm, matning per tand fz=0.16mm/z .
inledning
1
Volfram och molybden är rika på reserver och spridda i mitt land. Volfram och molybden tillhör grupp VIIB grundämnen i det periodiska systemet och är typiska metaller med hög smältpunkt. Eftersom volfram-molybdenlegering har en högre smältpunkt och lägre densitet än ren volfram, kombinerar den fördelarna med volfram och molybden. Korrosions- och ablationsbeständighet [1], så det håller på att bli ett viktigt material inom flyg- och rymdområdet, kan användas i raketmotormunstycken och nyckelkomponenter i gasturbiner, och har bredare tillämpningsmöjligheter inom det framtida industriella området.
För att studera skärningsprincipen för volfram-molybdenlegering har forskare utfört mycket forskningsarbete. När Luo Zhengchuan [2] använde hårdmetallverktyg för att skära volframbaserade legeringar, var verktygsnötningen extremt snabb, och den huvudsakliga förslitningsformen som orsakade fel på hårdmetallverktyg var det triangulära slitområdet som uppträdde i skärningspunkten mellan huvudverktyget. flanken och hjälpflanken. Den främsta orsaken till verktygsslitage är mekaniskt slitage orsakat av hårda punkter, och spridningen av kobolt som bindemedel i hårdmetall påskyndar verktygsslitaget. Vid skärning av volframbaserade legeringar fann Ye Yi [3] att finkorniga eller ultrafinkorniga WC-baserade hårdmetallverktyg med slitstarka beläggningar på ytan har en kortare livslängd. Det är oekonomiskt att bearbeta dess legeringar. Kompositkeramiska verktyg är inte lämpliga för att skära material med hög volframlegering, och livslängden för PCD-diamantverktyg förbättras inte avsevärt jämfört med WC-baserad hårdmetall. Volfram och dess legeringsmaterial bearbetas bäst med PCBN-skärverktyg och kvaliteter med mer CBN-innehåll (som DBC80), så att bättre ekonomiska fördelar kan erhållas.
ABAQUS finita element analysmjukvara är en vanlig programvara för metallskärningssimulering. Den har kraftfulla olinjära analysfunktioner och kan realisera termisk-mekanisk koppling. Volfram-molybdenlegering är ett svårbearbetat material som har hög bearbetningskostnad, låg bearbetningseffektivitet och hårt verktygsslitage. Därför använder denna uppsats ABAQUS finita element analysmjukvara för att etablera en tredimensionell fräsmodell av volfram-molybdenlegering. Skärkraften och skärtemperaturen som genereras i processen ändras, och slutligen erhålls den optimala kombinationen av fräsparametrar genom det ortogonala testet, vilket ger en referens för själva fräsprocessen.
Volfram-molybdenlegering Finita Element Modellering
2
2.1 Verktygsgeometrimodell
Simuleringen använder en pinnfräs av hårdmetallblad av standardtyp 4-, och specifikationerna visas i tabell 1. Fräsmodellen genereras med hjälp av SolidWorks 3D-modelleringsprogram, som visas i figur 1. Eftersom syftet med denna studie är att analysera variationen av skärkraft och skärtemperatur under olika fräsparametrar, och med tanke på att huvudskäreggen på verktyget är mycket mindre än arbetsstycket, antas verktyget vara en stel kropp i ABAQUS finita element analys, oavsett av verktygsdeformation och slitage, de fysiska parametrarna för verktyget visas i tabell 2.
Tabell 1 Verktygsspecifikationer (enhet: mm) bild
bild
Figur 1 Fräsmodell
Tabell 2 Verktygets fysiska parametrar
bild
2.2 Konstitutiv modell av volfram-molybdenlegeringsmaterial
Simuleringsarbetsmaterialet i denna uppsats är en volfram-molybdenlegering, och de huvudsakliga fysiska och mekaniska prestandaparametrarna visas i tabell 3[4].
Tabell 3 Fysikaliska parametrar för volfram-molybdenlegeringsmaterial
bild
I metallskärningsprocessen genomgår material i de flesta fall elastisk-plastisk deformation under hög temperatur, hög belastning och hög töjningshastighet, så att etablera en rimlig materialmodell är också ett nyckelsteg för framgångsrik simulering. Materialmodellen i denna artikel antar Johnson-Cooks konstitutiva modell, som kan återspegla materialets töjningshärdande effekt, töjningshärdande effekt och termisk mjukgörande effekt, och dess form är
bild
I formeln är σ flödesspänningen (MPa); ε är plaststammen; ε0 är referenstöjningshastigheten; T är temperaturen (grad); Tr är rumstemperaturen (grad); Tm är materialets smältpunkt (grad); A, B, C, m och n är materialparametrar, och värdena visas i tabell 4[5].
Tabell 4 Johnson-Cook konstitutiva modellparametrar för volfram-molybdenlegeringsmaterial
bild
2.3 Kontakt- och randvillkor
Skapa ett kontaktattribut, och eftersom verktyget anses vara en stel kropp under simulering, måste du skapa en annan stel kroppsbegränsning. Skapa ett gränsvillkor under det inledande analyssteget för att begränsa alla frihetsgrader på sidan av arbetsstycket. Verktyget måste begränsa 4 frihetsgrader och ställa in rotationen och rörelsen runt Z-axeln, där rotationshastigheten är spindelhastigheten och rörelsehastigheten är matningshastigheten. Skapa ett fördefinierat temperaturfält och definiera arbetsstyckets temperatur som 298K.
2.4 Maskindelning
Kvaliteten på maskdelningen har stor inverkan på simuleringsresultaten för finita element. Därför bör lämplig nätenhetstyp väljas först när modellen maskas, och noggrannheten och kostnaden bör övervägas heltäckande för att kontrollera maskdensiteten på ett rimligt sätt. Ju tätare rutnätet är, desto högre noggrannhet för simuleringsresultaten, men det kommer att öka beräkningskostnaden. Minsta storlek på verktygsgaller och arbetsstyckesrutnät är 0,02 mm, och verktyget och arbetsstycket är uppdelade i enhetliga rutnät. Verktygsstrukturen är komplex, med hjälp av ett tetraedriskt, icke-oberoende strukturellt rutnät, typen är C3D10MT, och verktygsnätet är 74400 enheter. Arbetsstycket använder hexaedriskt strukturerat rutnät, arbetsstyckets rutnät är 26250 enheter och arbetsstyckets rutnätstyp är C3D8RT. Verktyget och arbetsstycket efter ingreppet visas i Fig. 2 respektive Fig. 3.
bild
Figur 2 Verktygsrutnät
bild
Figur 3 Arbetsstyckesgaller
2.5 Modelllösning
ABAQUS/Explicit används för modellberäkning, och typen av analyssteg är dynamiskt explicit termisk-mekanisk kopplingsanalyssteg. Efter att beräkningen är klar kan resultaten ses och analyseras genom ABAQUS efterbehandlingsmodul. Resultaten från frässimuleringen visas i fig. 4.
bild
Figur 4 Resultat från frässimulering
Simulerat ortogonalt test
3
3.1 Experimentell design
Detta experiment studerar huvudsakligen inverkan av skärhastighet vc, bakåtkoppling ap och matning per tand fz på skärkraft och skärtemperatur vid fräsning av volfram-molybdenlegering, så en ortogonal tabell med tre faktorer och fyra nivåer sätts upp (se Tabell 5), det vill säga ta vc, ap och fz som oberoende variabler. Låt skärbredden ae=1mm, minsta skärkraft F och minsta skärtemperatur T som svar [6]. Enligt urvalsprincipen för den ortogonala testtabellen antas den ortogonala tabellen L16, och testarrangemanget och resultaten visas i Tabell 6.
Tabell 5 Ortogonala faktorer och nivåer
bild
Tabell 6 Ortogonala testresultat
bild
3.2 Analys av finita elementsimuleringsresultat
Range R-metoden används för att analysera resultaten av det ortogonala testet, och intervallet avser skillnaden mellan maximivärdet och minimivärdet som motsvarar varje nivåindex. Avståndsanalysmetoden, kallad R-metoden, är den mest använda metoden för att analysera resultaten av ortogonala experiment. Denna metod inkluderar två moduler av beräkning och bedömning, och kan ta reda på primär och sekundär, optimal nivå och optimal kombination av faktorer i testet [7]. Principen för R-metoden är att jämföra intervallet av värden i varje kolumn genom att beräkna intervallet. Ju större intervall, desto större påverkan har faktorn på resultatet, som är huvudfaktorn, och analysera sedan resultatet genom den intuitiva analysmetoden. Med den minsta skärkraften F som index, se Tabell 7 för analys av testresultaten. I tabellen är K1, K2, K3 och K4 summan av testresultaten på varje nivå av varje påverkande faktor, och k1, k2, k3 och k4 är motsvarande medelvärden. värde.
Tabell 7 Analys av Index F-testresultat (Enhet: N) Bild
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, så det optimala schemat för index F är B1C2A2, det vill säga skärhastigheten vc är 60m/s, mängden matning per tand fz är 0,16 mm/z, och mängden tillbakaskärning ap är 2 mm. Med den lägsta skärtemperaturen T som index, visas analysen av testresultaten i tabell 8.
Tabell 8 Analys av index T-testresultat (enhet: K)
bild
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, så den föredragna lösningen är A1B12C4, det vill säga skärhastigheten vc är 50m/s, och matningshastigheten per tand. Mängden fz är 0,16 mm/z, och mängden ap är 4 mm.
Volfram-molybdenlegeringsfräsningstest och modellverifiering
4
4.1 Experimentell design
För att verifiera giltigheten av den finita elementmodellen av volfram-molybdenlegeringsfräsningstestet användes CNC-bearbetningscentret JOHNFORD-VMC-850 för fräsning, och standard-4-kantfräsen i hårdmetall var valt som verktyg (se figur 5).
bild
Figur 5 fräs
Storleken på arbetsstycket är 150mm×130mm×45mm. För att fixera arbetsstycket på dynamometern bearbetas monteringshålet på arbetsstycket före fräsning, och hålet borras med en φ8,6 mm volframstålborr och sedan genom den cylindriska sexkantsbulten M8 för fixering. I experimentet användes trevägsdynamometern KISTLER9257b för att mäta skärkraften, dynamometern fixerades på verktygsmaskinsbordet med en tryckplatta och skärtemperaturen mättes med en infraröd termometer. Fixeringen av dynamometern och arbetsstycket visas i figur 6, och processen för kraftmätning och temperaturmätning visas i figur 7.
bild
a) Bearbetning av monteringshål
bild
b) Kraftmätaren är fixerad
Figur 6 Fixering av kraftmätare och arbetsstycke
bild
a) Mätning av skärkraft
bild
b) Mätning av skärtemperatur
Figur 7 Kraftmätning och temperaturmätningsprocess
4.2 Modellvalidering
Tre grupper av skärparametrar valdes ut för testning. De simulerade värdena, uppmätta värdena och felen för skärkraft och skärtemperatur visas i Tabell 9 och Tabell 10. Av Tabell 9 och Tabell 10 framgår att det maximala felet i simuleringsresultaten är 15,6 %, vilket är inom 20 %. , så att testresultaten uppfyller kraven för tekniska tillämpningar.
Tabell 9 Simuleringsvärde, uppmätt värde och fel på skärkraft
bild
Tabell 10 Simuleringsvärde, uppmätt värde och fel av skärtemperatur
bild
slutsats
5
I denna artikel används ABAQUS finita elementanalysprogramvara för att etablera en tredimensionell fräsmodell av volfram-molybdenlegering. Enligt olika skärparametrar studeras variationslagen för skärkraft och skärtemperatur som genereras vid fräsning av volfram-molybdenlegering, och de optimala fräsparametrarna erhålls genom ortogonala experiment. Kombination, tillhandahåll referens för faktisk fräsning. De slutsatser som erhållits är följande.
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. Därför är den optimala lösningen för skärkraften F B1C2A2, det vill säga 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. Därför är den optimala lösningen för skärtemperaturen T A1B1C4, det vill säga vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Tänk igenom skärningseffektiviteten och fördelarna med faktisk bearbetning och erhåll den optimala kombinationen av processparametrar, det vill säga vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }}mm.
