Analiza MES wpływu zużycia powierzchni przyłożenia narzędzia na jego obciążenie w skrawaniu ortogonalnym stali 42CrMo4

• Autorzy: Madajewski M. , Nowakowski Z. , Znojkiewicz N.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2017.46

Warianty tytułu

EN

Finite element method analysis of the effect of tool flank wear on tool loading in orthogonal cutting of 42CrMo4 steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono analizę wpływu zużycia powierzchni przyłożenia (wskaźnik VBB) na składowe siły całkowitej oraz rozkład nacisków na ostrzu podczas toczenia ortogonalnego. Dane eksperymentalne uzyskano, mierząc składowe siły całkowitej siłomierzem tensometrycznym oraz przez rejestrację wartości reakcji ostrza w modelu MES procesu formowania wióra. Badania eksperymentalne posłużyły do walidacji modeli numerycznych przygotowanych w programie ABAQUS. Określone pasmo zużycia zostało zamodelowane geometrycznie na powierzchni przyłożenia, a wpływ tego zużycia został oceniony w niezależnych symulacjach. Model numeryczny formowania wióra wykorzystuje równanie konstytutywne Johnsona-Cooka do opisu wartości i rozkładu naprężeń w przedmiocie obrabianym, a ostrze z zamodelowanym zużyciem zostało opisane jako ciało idealnie sztywne. Mechanikę procesu skrawania przedstawiono, odwołując się do modelu Merchanta skrawania ortogonalnego, nanosząc wykreślnie wektory przyrostu składowych siły całkowitej obliczone MES na tle zamodelowanego konturu strefy skrawania. Wyniki pomiarów i symulacji wskazują, że wzrost zużycia określony wskaźnikiem VBB wpływa bezpośrednio na wzrost składowych siły całkowitej.

EN

In this paper an analysis of influence of flank wear (VBB index) on total force components and pressure distribution in orthogonal cutting is presented. The experimental results were obtained based on the measurement of total force components using force gauge and values of reaction of the blade in the finite element model of the chip formation process. The experimental investigations were used in validation of the numerical models prepared in ABAQUS program. The determined range of wear has been modeled on the flank and their influence has been assessed by independent simulations. The numerical models of chip formation utilized Johnson-Cook equation to calculate the value and stress distribution in the workpiece. The blade with modeled wear was assumed as a rigid body. The mechanics of cutting process is presented based on the Merchant model of orthogonal cutting. The vectors of increments of total force components determined by FEM were geometrically drawn up to scale on cutting zone stress contour plot. The results indicated that increasing of wear described by VBB index has a direct effect on increasing of components of total force.

Słowa kluczowe

PL

MES; metoda elementów skończonych; zużycie narzędzia; modelowanie; rozkład nacisków; składowe siły całkowitej

EN

FEM; finite element method; tool wear; modeling; pressure distribution; total force components

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 89 [295], nr 4
• Strony: 497--507
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Madajewski M.

• Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań

autor

Nowakowski Z.

• Politechnika Poznańska

autor

Znojkiewicz N.

• Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] Cai Y.J., Dou T., Duan C.Z., Li, Y.: Finite element simulation and experiment of chip formation process during high speed machining of AISI 1045 hardened steel, Int. J. Recent Trends Eng., 1 (2009) 123-130.
• [2] Docobu F., Arrazola P.J., Riviere-Lorphevre E., Filippi E.: Finite element prediction of the tool wear influence in Ti6Al4V machining, 15th CIRP Conf. Modelling of Machining Operations, Karlsruhe 2015.
• [3] Kohir V., Dundur S.T.: Finite Element Simulation to study the effect of flank wear land inclination on cutting forces and temperature distribution in orthogonal machining, J. Eng. Fundamentals, 1 (2014) 30-42.
• [4] Mashayekhi M., Salimi M., Vaziri M.R.: Evaluation of chip formation simulation models for material separation in the presence of damage models, Simulation Modelling Practice Theory, 19 (2011) 718-733.
• [5] Milutinović M., Tanović L.: Cutting forces in hard turning comprising tool flank wear and its implication for the friction between tool and workpiece, Tehnicki vjesnik, 23 (2016) 1373-1380.
• [6] Pantale O.: An ALE three-dimensional model of orthogonal and oblique metal cutting processes, Int. J. Forming Processes, 9 (1998) 371-388.
• [7] Usui E., Kitagawwa T., Maekawa K., Shirakashi T.: Analytical prediction of flank wear of carbide tools in turning plain carbon steels, Bull. Japan Society Precision Eng., 23 (1989) 263-269.
• [8] Wang J., Huang C.Z., Song W.G.: The effect of tool flank wear on the orthogonal cutting process and its practical implications, J. Mat. Proc. Technol., 142 (2003) 338-346.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).