Aloi tungsten-molibdenum adalah bahan yang sukar untuk mesin, dengan kos pemprosesan yang tinggi, kecekapan pemprosesan yang rendah dan haus alat yang teruk. Menggunakan perisian analisis unsur terhingga ABAQUS, model pengilangan tiga dimensi aloi tungsten-molibdenum telah ditubuhkan, dan proses pengilangan aloi tungsten-molibdenum telah dikaji untuk parameter pemotongan yang berbeza. Undang-undang variasi daya pemotongan dan suhu pemotongan disahkan oleh ujian pengilangan untuk mengesahkan keberkesanan model simulasi. Gabungan optimum parameter pemotongan diperoleh melalui eksperimen ortogon, iaitu, kelajuan pemotongan vc=60m/s, back engagement ap=3mm, suapan setiap gigi fz=0.16mm/z .
mukadimah
1
Tungsten dan molibdenum kaya dengan rizab dan diedarkan secara meluas di negara saya. Tungsten dan molibdenum tergolong dalam kumpulan unsur VIIB dalam jadual berkala unsur dan merupakan logam takat lebur tinggi yang tipikal. Oleh kerana aloi tungsten-molibdenum mempunyai takat lebur yang lebih tinggi dan ketumpatan yang lebih rendah daripada tungsten tulen, ia menggabungkan kelebihan tungsten dan molibdenum. Rintangan kakisan dan ablasi [1], jadi ia menjadi bahan penting dalam bidang aeroangkasa, boleh digunakan dalam muncung enjin roket dan komponen utama turbin gas, dan mempunyai prospek aplikasi yang lebih luas dalam bidang perindustrian masa depan.
Untuk mengkaji prinsip pemotongan aloi tungsten-molibdenum, para sarjana telah menjalankan banyak kerja penyelidikan. Apabila Luo Zhengchuan [2] menggunakan alat karbida bersimen untuk memotong aloi berasaskan tungsten, haus alat adalah sangat cepat, dan bentuk haus utama yang menyebabkan kegagalan alat karbida bersimen ialah kawasan haus segi tiga yang muncul di persimpangan utama. rusuk dan rusuk bantu. Punca utama haus alatan adalah haus mekanikal yang disebabkan oleh titik keras, dan penyebaran kobalt sebagai pengikat dalam karbida bersimen mempercepatkan haus alatan. Semasa memotong aloi berasaskan tungsten, Ye Yi [3] mendapati bahawa alat karbida bersimen berasaskan WC berbutir halus atau ultra halus dengan salutan tahan haus pada permukaan mempunyai hayat perkhidmatan yang lebih pendek. Ia adalah tidak ekonomik untuk memesin aloinya. Alat seramik komposit tidak sesuai untuk memotong bahan aloi tungsten tinggi, dan hayat alat berlian PCD tidak bertambah baik dengan ketara berbanding dengan karbida bersimen berasaskan WC. Tungsten dan bahan aloinya diproses terbaik dengan alat pemotong PCBN dan gred dengan lebih banyak kandungan CBN (seperti DBC80), supaya faedah ekonomi yang lebih baik boleh diperolehi.
Perisian analisis unsur terhingga ABAQUS ialah perisian yang biasa digunakan untuk simulasi pemotongan logam. Ia mempunyai fungsi analisis tak linear yang kuat dan boleh merealisasikan gandingan termal-mekanikal. Aloi tungsten-molibdenum adalah bahan yang sukar untuk mesin, yang mempunyai kos pemprosesan yang tinggi, kecekapan pemprosesan yang rendah dan haus alat yang teruk. Oleh itu, kertas kerja ini menggunakan perisian analisis unsur terhingga ABAQUS untuk mewujudkan model pengilangan tiga dimensi aloi tungsten-molibdenum. Daya pemotongan dan suhu pemotongan yang dihasilkan dalam proses diubah, dan akhirnya gabungan optimum parameter pengilangan diperoleh melalui ujian ortogon, yang menyediakan rujukan untuk proses pengilangan sebenar.
Pemodelan Elemen Terhad Aloi Tungsten-Molibdenum
2
2.1 Model geometri alatan
Simulasi menggunakan standard karbida bersimen 4-kilang hujung bilah, dan spesifikasi ditunjukkan dalam Jadual 1. Model pemotong pengilangan dijana dengan menggunakan perisian pemodelan 3D SolidWorks, seperti ditunjukkan dalam Rajah 1. Sejak tujuan kajian ini adalah untuk menganalisis variasi daya pemotongan dan suhu pemotongan di bawah parameter pengilangan yang berbeza, dan memandangkan kelebihan pemotongan utama alat adalah jauh lebih kecil daripada bahan kerja, alat itu diandaikan sebagai badan tegar dalam analisis unsur terhingga ABAQUS, tanpa mengira ubah bentuk dan haus Alat, parameter fizikal alat ditunjukkan dalam Jadual 2.
Jadual 1 Spesifikasi alat (unit: mm) gambar
gambar
Rajah 1 Model pemotong pengisar
Jadual 2 Parameter fizikal alat
gambar
2.2 Model konstitutif bahan aloi tungsten-molibdenum
Bahan bahan kerja simulasi dalam kertas ini ialah aloi tungsten-molibdenum, dan parameter prestasi fizikal dan mekanikal utama ditunjukkan dalam Jadual 3[4].
Jadual 3 Parameter fizikal bahan aloi tungsten-molibdenum
gambar
Dalam proses pemotongan logam, dalam kebanyakan kes, bahan mengalami ubah bentuk elastik-plastik di bawah suhu tinggi, terikan tinggi dan kadar terikan yang tinggi, jadi mewujudkan model bahan yang munasabah juga merupakan langkah utama untuk simulasi yang berjaya. Model bahan dalam kertas ini menggunakan model konstitutif Johnson-Cook, yang boleh mencerminkan kesan pengerasan terikan, kesan pengerasan terikan dan kesan pelembutan haba bahan, dan bentuknya adalah
gambar
Dalam formula, σ ialah tegasan aliran (MPa); ε ialah terikan plastik; ε0 ialah kadar terikan rujukan; T ialah suhu ( darjah ); Tr ialah suhu bilik ( darjah ); Tm ialah takat lebur bahan ( darjah ); A, B, C, m dan n adalah parameter bahan, dan nilai ditunjukkan dalam Jadual 4[5].
Jadual 4 Parameter model konstitutif Johnson-Cook bahan aloi tungsten-molibdenum
gambar
2.3 Keadaan hubungan dan sempadan
Cipta atribut kenalan dan oleh kerana alat itu dianggap sebagai badan tegar semasa simulasi, anda perlu mencipta satu lagi kekangan badan tegar. Cipta keadaan sempadan di bawah langkah analisis awal untuk mengekang semua darjah kebebasan pada sisi bahan kerja. Alat ini perlu mengekang 4 darjah kebebasan, dan menetapkan putaran dan pergerakan di sekeliling paksi Z, di mana kelajuan putaran ialah kelajuan gelendong dan kelajuan pergerakan ialah kelajuan suapan. Cipta medan suhu yang telah ditetapkan dan takrifkan suhu bahan kerja sebagai 298K.
2.4 Pembahagian jaringan
Kualiti pembahagian jaringan mempunyai pengaruh yang besar terhadap hasil simulasi unsur terhingga. Oleh itu, apabila menjaringkan model, jenis unit mesh yang sesuai harus dipilih terlebih dahulu, dan ketepatan dan kos perlu dipertimbangkan secara menyeluruh untuk mengawal ketumpatan mesh secara munasabah. Lebih padat grid, lebih tinggi ketepatan hasil simulasi, tetapi ia akan meningkatkan kos pengiraan. Saiz minimum grid alat dan grid bahan kerja ialah 0.02mm, dan alat dan bahan kerja masing-masing dibahagikan kepada grid seragam. Struktur alat adalah kompleks, menggunakan grid struktur bukan bebas tetrahedral, jenisnya ialah C3D10MT, dan grid alat ialah 74400 unit. Bahan kerja menggunakan grid berstruktur hexahedral, grid bahan kerja ialah 26250 unit, dan jenis grid bahan kerja ialah C3D8RT. Alat dan bahan kerja selepas menyirat ditunjukkan dalam Rajah 2 dan Rajah 3 masing-masing.
gambar
Rajah 2 Grid Alat
gambar
Rajah 3 Grid bahan kerja
2.5 Penyelesaian model
ABAQUS/Eksplisit digunakan untuk pengiraan model, dan jenis langkah analisis ialah langkah analisis gandingan terma-mekanikal eksplisit dinamik. Selepas pengiraan selesai, keputusan boleh dilihat dan dianalisis melalui modul pasca pemprosesan ABAQUS. Keputusan simulasi pengilangan ditunjukkan dalam Rajah 4.
gambar
Rajah 4 Keputusan simulasi pengilangan
Ujian Ortogonal Simulasi
3
3.1 Reka bentuk eksperimen
Eksperimen ini terutamanya mengkaji pengaruh kelajuan pemotongan vc, back engagement ap dan suapan setiap gigi fz pada daya pemotongan dan suhu pemotongan dalam proses mengisar aloi tungsten-molibdenum, jadi jadual ortogon dengan tiga faktor dan empat tahap disediakan (lihat Jadual 5), iaitu, ambil vc, ap dan fz sebagai pembolehubah bebas. Biarkan lebar pemotongan ae=1mm, daya pemotongan minimum F dan suhu pemotongan minimum T sebagai tindak balas [6]. Mengikut prinsip pemilihan jadual ujian ortogon, jadual ortogon L16 diterima pakai, dan susunan dan keputusan ujian ditunjukkan dalam Jadual 6.
Jadual 5 Faktor dan aras ortogon
gambar
Jadual 6 Keputusan ujian Ortogon
gambar
3.2 Analisis keputusan simulasi unsur terhingga
Kaedah julat R digunakan untuk menganalisis keputusan ujian ortogon, dan julat merujuk kepada perbezaan antara nilai maksimum dan nilai minimum yang sepadan dengan setiap indeks tahap. Kaedah analisis julat, dirujuk sebagai kaedah R, adalah kaedah yang paling biasa digunakan untuk menganalisis keputusan eksperimen ortogon. Kaedah ini merangkumi dua modul pengiraan dan penghakiman, dan dapat mengetahui peringkat primer dan menengah, tahap optimum dan kombinasi optimum faktor dalam ujian [7]. Prinsip kaedah R ialah membandingkan julat nilai dalam setiap lajur dengan mengira julat. Lebih besar julat, lebih besar pengaruh faktor pada keputusan, yang merupakan faktor utama, dan kemudian menganalisis keputusan melalui kaedah analisis intuitif. Mengambil daya pemotongan minimum F sebagai indeks, lihat Jadual 7 untuk analisis keputusan ujian. Dalam jadual, K1, K2, K3 dan K4 ialah jumlah keputusan ujian pada setiap tahap bagi setiap faktor yang mempengaruhi, dan k1, k2, k3 dan k4 ialah nilai purata yang sepadan. nilai.
Jadual 7 Analisis Keputusan Ujian Indeks F (Unit: N) Gambar
From Table 7, it can be concluded that the amount of back cutting and feed per tooth have a great influence on the cutting force, and the primary and secondary influences are B>C>A, jadi skema optimum indeks F ialah B1C2A2, iaitu, kelajuan pemotongan vc ialah 60m/s, jumlah suapan setiap gigi fz ialah 0.16mm/z, dan jumlah pemotongan belakang ap ialah 2mm. Mengambil suhu pemotongan minimum T sebagai indeks, analisis keputusan ujian ditunjukkan dalam Jadual 8.
Jadual 8 Analisis keputusan ujian indeks T (unit: K)
gambar
From Table 8, it can be concluded that the cutting speed and the amount of back cutting have a great influence on the cutting temperature, and the primary and secondary effects are A>C>B, jadi penyelesaian pilihan ialah A1B12C4, iaitu, kelajuan pemotongan vc ialah 50m/s, dan kadar suapan setiap gigi Jumlah fz ialah 0.16mm/z, dan amaun ap ialah 4mm.
Ujian Pengilangan Aloi Tungsten-Molibdenum dan Pengesahan Model
4
4.1 Reka bentuk eksperimen
Untuk mengesahkan kesahihan model unsur terhingga ujian pengilangan aloi tungsten-molibdenum, pusat pemesinan CNC JOHNFORD-VMC-850 telah digunakan untuk pengilangan dan 4-kilang hujung karbida bermata standard ialah dipilih sebagai alat (lihat Rajah 5).
gambar
Rajah 5 pemotong penggilingan
Saiz lembaran bahan kerja ialah 150mm×130mm×45mm. Untuk membetulkan bahan kerja pada dinamometer, lubang pelekap diproses pada bahan kerja sebelum pengilangan, dan lubang itu digerudi dengan bit gerudi keluli tungsten φ8.6mm, dan kemudian melalui bolt kepala soket heksagon kepala silinder M8 untuk penetapan. Dalam eksperimen, dinamometer tiga hala KISTLER9257b digunakan untuk mengukur daya pemotongan, dinamometer dipasang pada meja alat mesin oleh plat tekanan, dan suhu pemotongan diukur oleh termometer inframerah. Penetapan dinamometer dan bahan kerja ditunjukkan dalam Rajah 6, dan proses pengukuran daya dan pengukuran suhu ditunjukkan dalam Rajah 7.
gambar
a) Pemesinan lubang pelekap
gambar
b) Tolok daya ditetapkan
Rajah 6 Penetapan tolok daya dan bahan kerja
gambar
a) Pengukuran daya pemotongan
gambar
b) Pengukuran suhu pemotongan
Rajah 7 Pengukuran daya dan proses pengukuran suhu
4.2 Pengesahan Model
Tiga kumpulan parameter pemotongan telah dipilih untuk ujian. Nilai simulasi, nilai terukur dan ralat daya pemotongan dan suhu pemotongan ditunjukkan dalam Jadual 9 dan Jadual 10. Dapat dilihat daripada Jadual 9 dan Jadual 10 bahawa ralat maksimum keputusan simulasi ialah 15.6%, iaitu dalam lingkungan 20% , jadi keputusan ujian memenuhi keperluan aplikasi kejuruteraan.
Jadual 9 Nilai simulasi, nilai terukur dan ralat daya pemotongan
gambar
Jadual 10 Nilai simulasi, nilai terukur dan ralat suhu pemotongan
gambar
kesimpulan
5
Dalam makalah ini, perisian analisis unsur terhingga ABAQUS digunakan untuk mewujudkan model pengilangan tiga dimensi aloi tungsten-molibdenum. Mengikut parameter pemotongan yang berbeza, undang-undang variasi daya pemotongan dan suhu pemotongan yang dihasilkan dalam proses pengilangan aloi tungsten-molibdenum dikaji, dan parameter pengilangan optimum diperoleh melalui eksperimen ortogonal. Gabungan, berikan rujukan untuk pengilangan sebenar. Kesimpulan yang diperoleh adalah seperti berikut.
1) The back engagement ap and the feed per tooth fz have a great influence on the cutting force F, and the primary and secondary influences are B>C>A. Oleh itu, penyelesaian optimum bagi daya pemotongan F ialah B1C2A2, iaitu, vc=60m/s, fz= 0.16mm/z, ap=2mm.
2) The cutting speed vc and the back cutting amount ap have a great influence on the cutting temperature T, and the primary and secondary influences are A>C>B. Oleh itu, penyelesaian optimum bagi suhu pemotongan T ialah A1B1C4, iaitu, vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Pertimbangkan secara menyeluruh kecekapan pemotongan dan faedah dalam pemprosesan sebenar, dan dapatkan gabungan optimum parameter proses, iaitu, vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }}mm.
