Thermal modelling of the cutting process using FEM simulation with updated thermophysical properties of tool materials

• Autorzy: Niesłony P.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie cieplnych oddziaływań w procesie skrawania z zastosowaniem symulacji MES i cieplnofizycznych właściwości materiału narzędzia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study compares two variants of the FEM simulation model of orthogonal cutting process of C45 carbon steel with multilayer-coated tools. In particular, new data on the thermophysical properties of the substrate and coating materials, measured by means of the advanced Laser Flash and Differential Scanning Calorimeter methods, were applied. Both simulation algorithms use the Power Law constitutive model, similar to the Johnson-Cook law but the second variant, termed Power Law' Temperature Dependent (PL-TD) algorithm, takes into account the temperature-dependent thermophysical properties of the tool. In this study, the temperature distribution, heat flux intensity and tool-chip contact length were validated based on the appropriate measurements.

PL

W artykule porównano dwa warianty symulacyjne modelu MES procesu ortogonalnego skrawania stali węglowej C45 narzędziem z powłoką wielowarstwową. Wprowadzono nowe dane cieplnofizycznych właściwości materiału substratu i powłoki określone zaawansowanymi metodami różnicowej kalorymetrii skaningowej oraz Laser-Flash. Oba zastosowane algorytmy symulacji wykorzystują wykładniczy model konstytutywny, zbliżony do modelu Johnsona-Cooka. Drugi wariant, określany Power Law-Temperature Dependent (PL-TD), uwzględnia zależne od temperatury właściwości cieplnofizyczne materiału narzędzia. W prowadzonych badaniach rozkład temperatury, intensywność strumieni ciepła oraz długość kontaktu wiór-ostrze zweryfikowano w oparciu o uzyskane wyniki pomiarowe.

Słowa kluczowe

EN

thermal behaviour; FEM simulation; coated tools

PL

oddziaływania cieplne; symulacja MES; narzędzia z powłoką wielowarstwową; narzędzie powlekane

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 32, nr 3
• Strony: 15--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Niesłony P.

• Department of Manufacturing Engineering and Production Automation, Opole University Technology, 45-271 Opole, 5th Mikołajczyka St., Poland,

Bibliografia

• [1] F. KLOCKE, T. KRIEG: Coated tools for metal cutting-features and applications. Annals of the CIRP, 48(1999)2, 515-525.
• [2] T. H. C. CHILDS, K. MAEKAWA, et al.: Metal cutting. Theory and applications. Arnold, London 2000.
• [3] W. GRZESIK: An Investigation of the thermal effects in orthogonal cutting associated with multilayer coatings. Annals of the CIRP, 50(2001)1, 53-56.
• [4] W. GRZESIK: 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, 54(2005)1, 91-94.
• [5] M. H. ATTIA, L. KOPS: A new approach to cutting temperature prediction considering the thermal constriction phenomenon in multi-layer coated tools. Annals of the CIRP, 53(2004)1, 47-52.
• [6] M. A. DAVIES, Q. CAO, A. L. COOKE, et al.: On the measurement and prediction of temperature fields in machining AISI 1045 Steel. Annals of the CIRP,52(2003)1, 77-80.
• [7] J. RECH, J.L. BATTAGLIA, A. MOISAN: Thermal influence of cutting tool coatings. J. Mat. Proc. Technol., 159(2005), 119-124.
• [8] T. ÖZEL: The influence of friction models on finite element simulation of machining. J. Mach. Tools Manuf., 46(2006), 518-530.
• [9] E. CERETTI, L. FILICE, D. UMBRELLO, et al.: ALE simulation of orthogonal cutting: a new approach to model heat transfer phenomenon at the tool-chip interface. Annals of the CIRP, 56(2007)1, 69-72.
• [10] J. PUJANA, P.J. ARRAZOLA, R.M. M’SAOUBI, et al.: Analysis of the inverse identification of constitutive equations applied in orthogonal cutting process. J. Mach. Tools Manuf., 47(2007), 2153-2161.
• [11] Laser Flash Apparatus LFA 427, www.Netzsch.com.
• [12] Third Wave AdvantEdge 2D User’s Manual, Version 5.0, 2006, Minneapolis, USA.
• [13] W. GRZESIK, M. BARTOSZUK, P. NIESLONY: Finite element modelling of temperature distribution in the cutting zone in turning process with differently coated tools. J. Mat. Proc. Technol., 164-165(2005), 1204-1211.