Расчет нормативов допустимых сбросов в системе резания в условиях попутного тангенциального точения

1  Пример расчета НД и ТС в системе резания в условиях попутного тангенциального точения

1.1  Расчет параметров НДС

Работоспособность разработанной методики расчета НДС в системе резания покажем на примере моделирования обработки стали 45  инструментом с твердосплавной неперетачиваемой пластиной ВК8. Свойства обрабатываемого и инструментального материалов приведены соответственно в таблицах Д.1 и Д.2. Размеры заготовки представлены на рисунке 5.2. Режим обработки: частота вращения шпинделя  об/мин, что соответствует скорости резания м/с; подача мм/об; величина снимаемого припуска мм. Геометрия инструмента: °; °; °. Обработка выполнялась без применения СОТС.

Силы резания ,  и коэффициент укорочения стружки  были замерены по методикам, описанным в разделе 5. Полученные диаграммы были описаны интерполяционным полиномом, коэффициенты которого представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Коэффициенты интерполяционных полиномов сил резания и коэффициента укорочения стружки

Величина
, H	0	1796.0	-1225.0	380.0	-59.91	4.6478	-0.1412
, H	0	2223.1	-1494.9	460.34	-72.48	5.6238	-0.1707
	2.9782	-1.2409	0.4112	-0.0533	0.0025	-	-

В соответствии с разработанной методикой и алгоритмом был выполнен расчет НДС в системе резания. Коэффициент трения принят равным . Был принят теоретический закон изменения толщины среза.

При заданных условиях обработки время одного оборота составляет 0,060 с, цикл обработки – 8,3 оборота, а полное время цикла 0,5 с.

КЭ модель инструмента состоит из 522 узлов и 474 элементов. Максимальное число узлов и КЭ заготовки соответственно равно 558 и 483 для КЭ модели в конце первого оборота. Общее время расчета составило 15 мин на ЭВМ IDT-C6-200 32М. При этом было выполнено около  250 итераций. При выполнении расчета использовалось около 30 МБайт дискового пространства.

    

а)                                                                     б)                                                         в)

Рисунок 6.1 – Распределение максимальных касательных напряжений , МПа (а), эквивалентных пластических деформаций  (б) и  величины предела текучести , МПа (в) через 0.2 оборота от начала цикла «резание»

    

а)                                                                     б)                                                         в)

Рисунок 6.2 – Распределение максимальных касательных напряжений  , МПа (а), эквивалентных пластических деформаций  (б) и  величины предела текучести , МПа (в) через 1.0 оборота от начала цикла «резание»

  

 а)                                                                    б)                                                         в)

Рисунок 6.3 – Распределение максимальных касательных напряжений , МПа (а), эквивалентных пластических деформаций  (б) и  величины предела текучести , МПа (в) через 3.0 оборота от начала цикла «резание»

  

а)                                                                     б)                                                         в)

Рисунок 6.4 – Распределение максимальных касательных напряжений , МПа (а), эквивалентных пластических деформаций  (б) и  величины предела текучести , МПа (в) через 7.0 оборота от начала цикла «резание»

Рисунок 6.5 - Распределение эквивалентных напряжений  в системе резания в конце первого оборота, МПа

Распределение максимальных касательных напряжений , пластических деформаций  и предела текучести  представлено на рисунках  6.1 - 6.4. В связи с тем, что наибольший интерес представляет распределение параметров в зоне стружкообразования, то инструмент условно не показан.

На рисунке 6.5 представлено распределение эквивалентных напряжений по 4 теории прочности (напряжений Мизеса) во всей системе резания в конце первого оборота.

Для сравнения величины относительного сдвига  и сопротивления пластическому сдвигу  в УПС также были рассчитаны аналитическим методом, представленным в разделе 4.3.1. Результаты расчета и их сравнение с результатами полученными с помощью МКЭ приведены в таблице 6.2 и наглядно показаны на рисунке 6.6.

Таблица 6.2 - Сравнение экспериментальных и расчетных величин относительного сдвига  и сопротивления пластическому сдвигу n, об 0.2 1.0 3.0 7.0 a, мкм 0,047 0,225 0,169 0,052 e Эксперимент 4 3 2,6 3,5 Расчет 1,8 1,9 2,9 3,7 t, МПа Эксперимент 250 300 350 300 Расчет 268 268 275 290 sТ, МПа 456 458 480 497

Необходимо подчеркнуть, что рассматривается только первый этап внедрения инструмента и, следовательно, на представленных рисунках изображены поля напряжений и деформаций, возникающие только в рассматриваемый момент времени.

Анализируя полученные результаты можно заметить, что распределение напряжений и пластических хорошо согласуются с современными представлениями о процессах в зоне стружкообразования. Незначительные колебания, наблюдаемые в распределении касательных напряжений, по-видимому вызваны погрешностью вычислений и могут быть устранены применением более точного КЭ сетки и более точной величины критерия сходимости итерационного процесса.

Хорошо различимы зона первичной и вторичной деформации. Действительно, максимальные касательные напряжения сосредоточены в узкой области, ширина которой не превышает 10-20мкм (см. рисунок 6.2) и величина касательных напряжений незначительно (на 8%) увеличивается к концу цикла «резание». То, что величина касательных напряжений не превышают предела прочности свидетельствует механизме образования стружки, как пластического течения материала.

Величина относительного сдвига (примерно равная величине эквивалентных пластических деформаций) в этой зоне изменяется от 1.76 до 3.6 в течение цикла резание. При этом возникающие пластические деформации приводят к упрочнению материала, которое также распространяется под режущий клин. Интересно заметить, что по величине рассчитанные с помощью МКЭ пластические деформации довольно хорошо совпадают с рассчитанными аналитическим методом, особенно в середине и конце цикла обработки (рисунок 6.6). Наблюдаемые  расхождения, по-видимому, объясняются особенностями процессов в момент врезания и преобладанием процессов трения на задней поверхности, которые предложенная модель учитывает довольно упрощенной форме.