Modelling of temperature and stress distributions in the cutting zone using fem lagrangian method

• Autorzy: Niesłony P. , Grzesik W.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie rozkładu temperatury i naprężeń w strefie skrawania z użyciem metody mes lagrange'a

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this investigation the cutting temperature and von Mises stresses in the primary and secondary cutting zones were predicted using standard and Power Law-Temperature Dependent (PL- -TD) FEM simulations. Simulations were focused on orthogonal cutting process in which AISI 1045 carbon steel was machined with multilayer-coated tools. Moreover, new data on the thermo- physical properties of the substrate and deposited coatings materials were used. The simulation algorithms use the Johnson-Cook constitutive law, the PL-TD algorithm and variable friction. In order to validate the simulated temperature distribution in the tool some thermocouple-based measurements were carried out.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań porównawczych dwóch wariantów symulacji MES procesu obróbki toczeniem stali AISI 1045 ostrzami węglikowymi z nałożoną powłoką wielowarstwową. Do modelowania zmian właściwości termofizycznych materiałów narzędziowych w funkcji temperatury wykorzystano nowe dane uzyskane za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej i techniki Laser Flasch. Badania symulacyjne oparto na modelu J-C oraz modelu wykładniczym, w którym uwzględniono zmiany właściwości fizycznych w funkcji temperatury. Główny nacisk położono na ocenę wpływu zmian współczynnika tarcia na styku wiór-ostrze na rozkład temperatury i naprężeń zredukowanych w strefie skrawania. Wyniki symulacji zweryfikowano m.in. na podstawie pomiarów temperatury skrawania.

Słowa kluczowe

EN

FEM simulation; coated tools; cutting temperature; contact stress

PL

symulacje MES; narzędzia powlekane; tarcie

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej
• Czasopismo: Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 31, nr 4
• Strony: 29--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Niesłony P.

• Department of Manufacturing Engineering and Production Automation, Opole University of Technology, Poland.

autor

Grzesik W.

• Department of Manufacturing Engineering and Production Automation, Opole University of Technology, Poland.

Bibliografia

• [1] Attia M. H., Kops L., A New Approach to Cutting Temperature Prediction Considering the Thermal Constriction Phenomenon in Multi-layer Coated Tools, Annals of the CIRP, 2004, 53/1, p. 47-52.
• [2] Ceretti E., Filice L., Umbrello D., Micari F., ALE Simulation of Orthogonal Cutting: a New Approach to Model Heat Transfer Phenomenon at the Tool-Chip Interface, Annals of the CIRP, 2007, 56/1, p. 69-72.
• [3] Childs T. H. C., Maekawa K., Obikawa T., Yamane Y., Metal Cutting. Theory and Applications, London, Arnold 2000.
• [4] Davies M. A., Cao Q., Cooke A. L., Ivester R., On the Measurement and Prediction of Temperature Fields in Machining AISI 1045 Steel, Annals of the CIRP, 2003, 52/1, p. 77-80.
• [5] Grzesik W., An Investigation of the Thermal Effects in Orthogonal Cutting Associated with Multilayer Coatings, Annals of the CIRP, 2001, 50/1, p. 53-56.
• [6] Grzesik W., Analytical Models Based on Composite Layer for Computation of Tool-Chip Interface Temperature in Machining Steels with Multilayer Coated Cutting Tools, Annals of the CIRP, 2005, 54/1, p. 91-94.
• [7] Grzesik W., Bartoszuk M., Nieslony P., Finite Element Modelling of Temperature Distribution in the Cutting Zone in Turning Process with Differently Coated Tools, J. Mat. Proc. Technol., 2005, 164-165, p. 1204-1211.
• [8] Klocke F., Krieg T., Coated Tools for Metal Cutting-Features and Applications, Annals of the CIRP, 1999, 48/2, p. 515-525.
• [9] Niesłony P., Grzesik W., Kwiatkowska E., FEM-Based Thermal Modelling of the Cutting Process Using Updated Thermophysical Properties of Tool Materials, in: 5th International Conference on Advances in Production Engineering - APE'2010, 17-19 June 2010, Warsaw, p. 325-332.
• [10] Niesłony P., Modelowanie przepływu ciepła i rozkładu temperatury w strefie skrawania dla ostrzy z twardymi powłokami ochronnymi, DSc thesis, TU Opole 2008.
• [11] Özel T., The Influence of Friction Models on Finite Element Simulation of Machining, Int. J. Mach. Tools Manuf., 2006, 46, p. 518-530.
• [12] Pujana J., Arrazola P. J., M'Saoubi R. M., Chandrasekaran H., Analysis of the Inverse Identification of Constitutive Equations applied in Orthogonal Cutting Process, Int. J. Mach. Tools Manuf., 2007, 47, p. 2153-2161.
• [13] Rech J., Battaglia J. L., Moisan A., Thermal Influence of Cutting Tool Coatings, J. Mat. Proc. Technol., 2005, 159, p. 119-124.
• [14] Third Wave AdvantEdge 2D User's Manual, Version 5.0, 2006, Minneapolis, USA.