Experimental and simulation investigations of face milling process of Ti-6Al-4V titanium alloy

• Autorzy: Niesłony P. , Grzesik W. , Habrat W.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amst-2015-0003

Warianty tytułu

PL

Symulacja numeryczna i badania eksperymentalne procesu frezowania stopu tytanu Ti6Al4V

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper is focused on the finite element analysis of machining of Ti6Al4V titanium alloy in a nonorthogonal (3D) face milling process. The study was conducted for face milling with the cutting speed of 80 m/min, depth of cut of 1 mm, cutting width of 10 mm and different feed rates. The FEM simulations include the cutting force components and average maximum cutting temperatures. The simulation results were compared with experimental data obtained for similar milling process configuration. It was found that the kind of FEM constitutive model influences the force and temperature values. In this case the cutting force has a better match with experimental data when using the JC model. On the other hand, a good fitting for both feed and passive forces was achieved for the PL model. Additionally, a very good fitting for the cutting temperature using PL FEM model was obtained. It was also found that the feed rate has a significant effect on the average interface temperature and can be modelled by using FEM material models presented in the article.

PL

W pracy prowadzono analizę wyników symulacji procesu frezowania walcowo-czołowego stopu tytanu Ti6Al4V, w układzie nieortogonalnym (3D) z zastosowaniem metody elementów skończonych. W procesie frezowania płaskiego stosowano prędkość skrawania 80 m/min, głębokość skrawania 1 mm, szerokość skrawania 10 mm, dla różnych wartości posuwów. Przy użyciu MES określono wartości składowych sił skrawania oraz maksymalną wartość temperatury skrawania. Walidację wyników symulacyjnych i badań eksperymentalnych prowadzono dla takich samych wartości warunków obróbki. Stwierdzono, że rodzaj konstytutywnego modelu MES ma wpływ na wartości siły i temperatury skrawania. W tym ujęciu dobrą zgodność danych symulacji normalnych i eksperymentalnych, dla przypadku składowej głównej siły skrawania, uzyskano przy zastosowaniu modelu JC. Natomiast lepsze dopasowanie dla składowej posuwowej i odporowej (pasywnej) uzyskano dla modelu PL. Dodatkowo dobre dopasowanie wyniku symulacji i eksperymentu, dla temperatury skrawania, uzyskano także dla modelu MES typu PL. Stwierdzono, że posuw ma znaczny wpływ na wartość średniej temperatury skrawania. Modelowanie tych oddziaływań można realizować, stosując modele materiałowe MES przedstawione w pracy.

Słowa kluczowe

EN

3D FEM simulation; milling process; Ti6Al4V titanium alloy

PL

symulacja MES 3D; frezowanie; stop tytanu Ti-6Al-4V

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 39, nr 1
• Strony: 39--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Niesłony P.

• Opole University of Technology, Dept. of Manufacturing Engineering and Process Automation, 45-271 Opole, 5 Mikołajczyka Str.

autor

Grzesik W.

• Opole University of Technology, Dept. of Manufacturing Engineering and Process Automation, 45-271 Opole, 5 Mikołajczyka Str.

autor

Habrat W.

• Rzeszów University of Technology, Dept. of Manufacturing Techniques and Automation, 35-959 Rzeszów, 12 Powstańców Warszawy Ave.

Bibliografia

• [1] T.H.C. CHILDS, K. MAEKAWA et al.: Metal cutting. Theory and applications. Arnold, London 2000.
• [2] F. KLOCKE, T. KRIEG: Coated tools for metal cutting-features and applications. Ann. CIRP, 48(1999)2, 515-525.
• [3] F. DUCOBU, E. RIVIÈRE-LORPHÈVRE, E. FILIPPI: Influence of the material behavior law and damage value on the results of an orthogonal cutting finite element model of Ti6Al4V. Procedia CIRP, (2013), 378-383.
• [4] P.J. ARRAZOLA, T. OZEL, D. UMBRELLO, M. DAVIES, I.S. JAWAHIR: Recent advances in modelling of metal machining processes. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 62(2013) 695-718.
• [5] P. NIESŁONY, W. GRZESIK, R. CHUDY, P. LASKOWSKI, W. HABRAT: 3D FEM simulation of titanium machining. Proc. Int. Conference on Advanced Manufacturing Engineering and Technologies – NEWTECH 2013, 31(2013).
• [6] F. KLOCKE, D. LUNG, S. BUCHKREMER: Inverse identification of the Constitutive Equation of Inconel 718 and AISI 1045 from FE Machining Simulations. Procedia CIRP, 8(2013), 212-217.
• [7] Y. CHEN, C. BUNGET, L. MEARS, T. R. KURFESS: An Improved Empirical Constitutive Model for γ’-Strengthened Nickel-Based Superalloys. Proceedings of NAMRI/SME, 41(2013).
• [8] P. NIESŁONY, W. GRZESIK, P. LASKOWSKI, W. HABRAT: FEM-based modelling of the influence of thermophysical properties of work and cutting tool materials on the process performance. Procedia CIRP, 8(2013), 3-8.
• [9] P. NIESŁONY, W. GRZESIK, P. LASKOWSKI, J. SIENIAWSKI: Numerical and experimental analysis of residual stresses generated in the machining of Ti6Al4V titanium alloy. Procedia CIRP, 13(2014), 78-83.
• [10] F. ZEMZEMI, J. RECH, W. BEN SALEM, A. DOGUI, PH. KAPSA: Identification of friction and heat partition model at the tool-chip-workpiece interfaces in dry cutting of an Inconel 718 alloy with CBN and coated carbide tools. Advances in Manufacturing Science and Technology, 38(2014)1, 5-22.
• [11] T. ÖZEL, Y. KARPAT: Identification of constitutive material model parameters for high-strain rate metal cutting conditions using evolutionary computational algorithms. Int. J. Materials and Manufacturing Processes, 22(2007)5, 659-667.
• [12] J. PUJANA, P.J. ARRAZOLA, R.M. M’SAOUBI et al.: Analysis of the inverse identification of constitutive equations applied in orthogonal cutting process. Int. J. Mach. Tools Manuf., 47(2007), 2153-2161.
• [13] Third Wave AdvantEdge User’s Manual, 2014, Version 6.1, Minneapolis, USA.
• [14] P. NIESLONY, W. GRZESIK: Sensitivity analysis of the constitutive models in fem-based simulation of the cutting process. J. Machine Engineering, 13(2013)1, 106-116.

Uwagi

EN

This investigations have been carried out as part of the project No. PBS1-178595 funded by the Polish National Center for Research and Development (NCBiR)