Model sił skrawania w mikrofrezowaniu z uwzględnieniem nieliniowej zmiany współczynników oporu właściwego skrawania

• Autorzy: Matuszak M. , Powałka B. , Kochmański P.

Warianty tytułu

EN

Micro-milling cutting forces model including nonlinear specific cutting force

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Poprawne zamodelowanie sił skrawania występujących w mikroobróbce skrawaniem, w tym podczas mikrofrezowania, ma znaczenie dla budowy modelu dynamicznego tego procesu. Ze względu na duży promień zaokrąglenia ostrza narzędzia, w stosunku do grubości warstwy skrawanej, w mikroobróbce występuje znaczny udział ugniatania oraz tarcia powierzchni przyłożenia o przedmiot obrabiany. Występowanie tych zjawisk ma istotny wpływ na powstające siły skrawania i należy je uwzględnić w modelu sił skrawania. W opisywanych badaniach tego zagadnienia proponuje się różne sposoby modelowania sił skrawania występujących w mikroobróbce. Część z nich zakłada skokową zmianę współczynników oporu właściwego skrawania, po przekroczeniu minimalnej grubości warstwy skrawanej, inne proponują uwzględnić nieliniowy wzrost współczynników oporu właściwego skrawania wraz ze spadkiem grubości warstwy skrawanej oraz wzrostem udziału ugniatania i tarcia w procesie. W prezentowanym materiale przedstawiono analizę sił skrawania działających na ostrze frezu o średnicy 1 mm podczas obróbki stali C45. Następnie sporządzono model sił skrawania uwzględniający zmianę współczynników oporu właściwego skrawania wraz ze zmianą grubości warstwy skrawanej. W końcowej części przedstawiono weryfikację modelu sił skrawania dla różnego zakresu wartości posuwu na ostrze narzędzia oraz głębokości skrawania.

EN

Proper cutting forces model in micro milling is crucial for building the dynamic model of this process. Due to a large tool edge radius in a comparison to the thickness of the material to be removed, a plastic deformation and friction between the tool and the workpiece can occur. This phenomena have a significant influence on the micro milling cutting forces and must be included into a cutting forces model. Many researchers proposed different models of the micro milling cutting forces. Some of them assume that the cutting forces coefficients change rapidly when a minimum chip thickness is exceeded. Others say that the cutting forces coefficients increase nonlinear when the thickness of the material to be removed decreases. In this paper cutting forces analysis is made for milling of C45 steel with a tool of 1 mm diameter. Basing on a cutting forces signals analysis, cutting forces model was built. Change of cutting forces coefficients, with the change of thickness of the material to be removed, is included in the model. Finally cutting forces model was verified for wide range of cutting parameters (feed, depth of cut).

Słowa kluczowe

PL

mikrofrezowanie; siły skrawania; model siły skrawania

EN

micromilling; cutting forces; cutting force model

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 30, nr 61
• Strony: 21--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz.

Twórcy

autor

Matuszak M.

• Instytut Podstawowych Nauk Technicznych, Akademia Morska w Szczecinie

autor

Powałka B.

• Instytut Technologii Mechanicznej, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

autor

Kochmański P.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Bibliografia

• 1. Altintas Y. and Jin X.: Mechanics of micro-milling with round edge tools. "CIRP Annals - Manufacturing Technology" 2011. 60, 1, p. 77–80.
• 2. Bissacco G., Hansen H.N. and Slunsky J.: Modelling the cutting edge radius size effect for force prediction in micro milling. "CIRP Annals - Manufacturing Technology" 2008, 57, 1, p. 113–116.
• 3. Gygax P.E.: Dynamics of single-tooth milling. "Annals of the CIRP" 1979, 28, 1, p. 65–70.
• 4. Junz Wang, J.-J. and Zheng C.M.: 2002. An analytical force model with shearing and ploughing mechanisms for end milling." International Journal of Machine Tools and Manufacture" 2002, 42, 7, p. 761–771.
• 5. Lai X., Li H., Li C., Lin Z. and Ni J.: Modelling and analysis of micro scale milling considering size effect, micro cutter edge radius and minimum chip thickness. "International Journal of Machine Tools and Manufacture" 2008, 48, 1, p. 1–14.
• 6. Lee P. and Altintaş Y.: Prediction of ball-end milling forces from orthogonal cutting data. "International Journal of Machine Tools and Manufacture" 1996, 36, 9, p. 1059–1072.
• 7. Melkote S.N. and Endres W.J.: The importance of including size effect when modeling slot milling. "Journal of Manufacturing Science and Engineering" 1998, 120, 1, p. 68–75.
• 8. Slunský J.: Enhancement and verification of a cutting force model for micro cutting. Danmarks Tekniske Universitet 2007.
• 9. Tlusty J. and MacNeil P.: Dynamics of cutting forces in end milling. "Ann CIRP" 1975, 24, 1, p. 21–25.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).