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

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.

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.