آلیاژ تنگستن-مولیبدن یک ماده ماشینکاری دشوار است، با هزینه پردازش بالا، راندمان پردازش کم و سایش شدید ابزار. با استفاده از نرم افزار تحلیل المان محدود ABAQUS، یک مدل آسیاب سه بعدی آلیاژ تنگستن-مولیبدن ایجاد شد و فرآیند آسیاب آلیاژ تنگستن-مولیبدن برای پارامترهای مختلف برش مورد مطالعه قرار گرفت. قانون تغییرات نیروی برش و دمای برش با آزمون آسیاب برای تأیید اثربخشی مدل شبیهسازی تأیید میشود. ترکیب بهینه پارامترهای برش از طریق آزمایش های متعامد به دست آمد، یعنی سرعت برش vc=60m/s، درگیری پشتی ap=3mm، تغذیه در هر دندان fz=0.16mm/z. .
مقدمه
1
تنگستن و مولیبدن از نظر ذخایر غنی هستند و به طور گسترده در کشور من توزیع شده اند. تنگستن و مولیبدن به عناصر گروه VIIB در جدول تناوبی عناصر تعلق دارند و فلزات معمولی با نقطه ذوب بالا هستند. از آنجایی که آلیاژ تنگستن-مولیبدن دارای نقطه ذوب بالاتر و چگالی کمتری نسبت به تنگستن خالص است، مزایای تنگستن و مولیبدن را با هم ترکیب می کند. مقاومت در برابر خوردگی و فرسایش [1]، بنابراین در حال تبدیل شدن به یک ماده مهم در زمینه هوافضا است، میتواند در نازلهای موتور موشک و اجزای کلیدی توربینهای گازی استفاده شود و چشمانداز کاربرد گستردهتری در زمینه صنعتی آینده دارد.
به منظور مطالعه اصل برش آلیاژ تنگستن-مولیبدن، محققان کارهای تحقیقاتی زیادی انجام داده اند. زمانی که Luo Zhengchuan [2] از ابزار کاربید سیمانی برای برش آلیاژهای مبتنی بر تنگستن استفاده کرد، سایش ابزار بسیار سریع بود و شکل سایش اصلی که باعث خرابی ابزار کاربید سیمانی شد، ناحیه سایش مثلثی بود که در تقاطع اصلی ظاهر شد. جناح و جناح کمکی. علت اصلی سایش ابزار، سایش مکانیکی ناشی از نقاط سخت است و انتشار کبالت به عنوان یک چسب در کاربید سیمانی، سایش ابزار را تسریع میکند. هنگام برش آلیاژهای مبتنی بر تنگستن، Ye Yi [3] دریافت که ابزار کاربید سیمانی مبتنی بر WC با دانه ریز یا فوق ریز دانه با پوشش های مقاوم در برابر سایش روی سطح عمر مفید کمتری دارند. ماشینکاری آلیاژهای آن غیراقتصادی است. ابزارهای سرامیکی کامپوزیتی برای برش مواد با آلیاژ تنگستن بالا مناسب نیستند و عمر ابزارهای الماس PCD در مقایسه با کاربید سیمانی مبتنی بر WC بهبود قابل توجهی ندارد. تنگستن و مواد آلیاژی آن به بهترین وجه با ابزارهای برش PCBN و گریدهایی با محتوای CBN بیشتر (مانند DBC80) پردازش میشوند تا از مزایای اقتصادی بهتری برخوردار شوند.
نرم افزار تحلیل المان محدود ABAQUS یک نرم افزار متداول برای شبیه سازی برش فلز است. دارای توابع تحلیل غیرخطی قدرتمندی است و می تواند جفت مکانیکی حرارتی را تحقق بخشد. آلیاژ تنگستن-مولیبدن یک ماده ماشینکاری دشوار است که دارای هزینه پردازش بالا، راندمان پردازش پایین و سایش شدید ابزار است. بنابراین، این مقاله از نرمافزار تحلیل المان محدود ABAQUS برای ایجاد یک مدل آسیاب سهبعدی آلیاژ تنگستن-مولیبدن استفاده میکند. نیروی برش و دمای برش تولید شده در فرآیند تغییر می کند و در نهایت ترکیب بهینه پارامترهای آسیاب از طریق آزمایش متعامد به دست می آید که مرجعی برای فرآیند واقعی آسیاب فراهم می کند.
مدل سازی المان محدود آلیاژ تنگستن-مولیبدن
2
2.1 مدل هندسه ابزار
شبیه سازی از یک آسیاب انتهایی تیغه ای استاندارد 4-کاربید سیمانی استفاده می کند و مشخصات آن در جدول 1 نشان داده شده است. تجزیه و تحلیل تغییرات نیروی برش و دمای برش تحت پارامترهای مختلف فرز است و با توجه به اینکه لبه برش اصلی ابزار بسیار کوچکتر از قطعه کار است، بدون توجه به آنالیز اجزای محدود ABAQUS، ابزار یک بدنه صلب فرض می شود. در مورد تغییر شکل و سایش ابزار، پارامترهای فیزیکی ابزار در جدول 2 نشان داده شده است.
جدول 1 مشخصات ابزار (واحد: میلی متر) تصویر
تصویر
شکل 1 مدل فرز برش
جدول 2 پارامترهای فیزیکی ابزار
تصویر
2.2 مدل سازنده مواد آلیاژ تنگستن-مولیبدن
مواد قطعه کار شبیه سازی در این مقاله آلیاژ تنگستن-مولیبدن است و پارامترهای عملکرد فیزیکی و مکانیکی اصلی در جدول 3 نشان داده شده است [4].
جدول 3 پارامترهای فیزیکی مواد آلیاژ تنگستن-مولیبدن
تصویر
در فرآیند برش فلز، در اغلب موارد، مواد تحت دمای بالا، کرنش بالا و نرخ کرنش بالا، دچار تغییر شکل الاستیک-پلاستیک میشوند، بنابراین ایجاد یک مدل مواد معقول نیز یک گام کلیدی برای شبیهسازی موفق است. مدل ماده در این مقاله از مدل سازنده جانسون-کوک استفاده می کند که می تواند اثر سخت شدن کرنش، اثر سخت شدن کرنش و اثر نرم شدن حرارتی ماده را منعکس کند و شکل آن
تصویر
در فرمول، σ تنش جریان (MPa) است. ε کرنش پلاستیکی است. ε{0}} نرخ کرنش مرجع است. T دما (درجه) است. Tr دمای اتاق (درجه) است. Tm نقطه ذوب ماده (درجه) است. A، B، C، m و n پارامترهای ماده هستند و مقادیر در جدول 4 نشان داده شده است [5].
جدول 4 پارامترهای مدل سازنده مواد آلیاژ تنگستن-مولیبدن جانسون کوک
تصویر
2.3 شرایط تماس و مرزی
یک ویژگی تماس ایجاد کنید، و از آنجایی که ابزار در طول شبیه سازی یک بدنه صلب در نظر گرفته می شود، باید یک محدودیت بدنه سفت و سخت دیگر ایجاد کنید. یک شرط مرزی در مرحله تحلیل اولیه ایجاد کنید تا تمام درجات آزادی در کنار قطعه کار محدود شود. ابزار باید 4 درجه آزادی را محدود کند و چرخش و حرکت را حول محور Z تنظیم کند، جایی که سرعت چرخش سرعت اسپیندل و سرعت حرکت سرعت تغذیه است. یک فیلد دمایی از پیش تعریف شده ایجاد کنید و دمای قطعه کار را 298K تعریف کنید.
2.4 تقسیم مش
کیفیت تقسیم مش تأثیر زیادی بر نتایج شبیهسازی المان محدود دارد. بنابراین، هنگام مش بندی مدل، ابتدا باید نوع واحد مش مناسب انتخاب شود و دقت و هزینه به طور جامع در نظر گرفته شود تا چگالی مش به طور منطقی کنترل شود. هر چه شبکه متراکم تر باشد، دقت نتایج شبیه سازی بیشتر است، اما هزینه محاسباتی را افزایش می دهد. حداقل اندازه شبکه ابزار و شبکه قطعه کار 0.02 میلی متر است و ابزار و قطعه کار به ترتیب به شبکه های یکنواخت تقسیم می شوند. ساختار ابزار پیچیده است، با استفاده از یک شبکه ساختاری غیر مستقل چهار وجهی، نوع C3D10MT و شبکه ابزار 74400 واحد است. قطعه کار از شبکه ساختاری شش وجهی استفاده می کند، شبکه قطعه کار 26250 واحد است و نوع شبکه قطعه کار C3D8RT است. ابزار و قطعه کار پس از مش بندی به ترتیب در شکل 2 و 3 نشان داده شده است.
تصویر
شکل 2 شبکه ابزار
تصویر
شکل 3 شبکه قطعه کار
2.5 راه حل مدل
ABAQUS/Explicit برای محاسبه مدل استفاده میشود و نوع مرحله آنالیز، مرحله تحلیل کوپلینگ حرارتی مکانیکی صریح دینامیکی است. پس از اتمام محاسبه، نتایج را می توان از طریق ماژول پس پردازش ABAQUS مشاهده و تجزیه و تحلیل کرد. نتایج شبیه سازی آسیاب در شکل 4 نشان داده شده است.
تصویر
شکل 4 نتایج شبیه سازی آسیاب
تست متعامد شبیه سازی شده
3
3.1 طراحی آزمایشی
این آزمایش عمدتاً تأثیر سرعت برش vc، ap درگیری پشت و تغذیه هر دندان fz را بر نیروی برش و دمای برش در فرآیند آسیاب کردن آلیاژ تنگستن-مولیبدن مطالعه میکند، بنابراین یک جدول متعامد با سه عامل و چهار سطح تنظیم میشود (نگاه کنید به جدول 5) یعنی vc، ap و fz را به عنوان متغیرهای مستقل در نظر بگیرید. عرض برش ae=1mm، حداقل نیروی برش F و حداقل دمای برش T را به عنوان پاسخ در نظر بگیرید [6]. با توجه به اصل انتخاب جدول آزمون متعامد، جدول متعامد L16 اتخاذ شده است و ترتیب آزمون و نتایج در جدول 6 نشان داده شده است.
جدول 5 عوامل و سطوح متعامد
تصویر
جدول 6 نتایج آزمون متعامد
تصویر
3.2 تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی المان محدود
روش محدوده R برای تجزیه و تحلیل نتایج آزمون متعامد استفاده می شود و محدوده به تفاوت بین مقدار حداکثر و حداقل مقدار مربوط به هر شاخص سطح اشاره دارد. روش تجزیه و تحلیل محدوده، که به عنوان روش R شناخته می شود، رایج ترین روش مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش های متعامد است. این روش شامل دو ماژول محاسبه و قضاوت می باشد و می تواند به سطح اولیه و ثانویه، سطح بهینه و ترکیب بهینه عوامل در آزمون پی ببرد [7]. اصل روش R این است که محدوده مقادیر در هر ستون با محاسبه محدوده مقایسه شود. هر چه دامنه بزرگتر باشد، تأثیر عامل بر نتیجه که عامل اصلی است بیشتر می شود و سپس از طریق روش تحلیل شهودی، نتیجه را تحلیل می کنیم. با در نظر گرفتن حداقل نیروی برش F به عنوان شاخص، جدول 7 را برای تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش ببینید. در جدول، K1، K2، K3 و K4 مجموع نتایج آزمون در هر سطح از هر عامل تأثیرگذار هستند و k1، k2، k3 و k4 مقادیر میانگین مربوطه هستند. ارزش.
جدول 7 تجزیه و تحلیل نتایج آزمون شاخص F (واحد: N) تصویر
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، بنابراین طرح بهینه شاخص F B1C2A2 است، یعنی سرعت برش vc 60m/s، مقدار تغذیه در هر دندان fz 0.16mm/z و مقدار برش پشتی ap است. 2 میلی متر است. با در نظر گرفتن حداقل دمای برش T به عنوان شاخص، تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش در جدول 8 نشان داده شده است.
جدول 8 تجزیه و تحلیل نتایج آزمون شاخص T (واحد: K)
تصویر
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، بنابراین راه حل ترجیحی A1B12C4 است، یعنی سرعت برش vc 50m/s و نرخ تغذیه در هر دندان مقدار fz 0.16mm/z و مقدار ap 4mm است.
تست آسیاب آلیاژ تنگستن-مولیبدن و تایید مدل
4
4.1 طراحی آزمایشی
به منظور بررسی اعتبار مدل اجزای محدود آزمون آسیاب آلیاژ تنگستن-مولیبدن، از مرکز ماشینکاری CNC JOHNFORD-VMC-850 برای آسیاب استفاده شد و آسیاب انتهایی کاربید لبه دار استاندارد 4- به عنوان ابزار انتخاب شده است (شکل 5 را ببینید).
تصویر
شکل 5 فرز
اندازه ورق قطعه کار 150mm×130mm×45mm است. به منظور تثبیت قطعه کار روی دینامومتر، سوراخ نصب روی قطعه کار قبل از آسیاب پردازش می شود و سوراخ با مته فولادی تنگستن φ8.6 میلی متر حفر می شود و سپس از طریق پیچ سر استوانه ای سر شش گوش M8 برای تثبیت. در آزمایش از دینامومتر سه طرفه KISTLER9257b برای اندازه گیری نیروی برش استفاده شد، دینامومتر توسط یک صفحه فشار روی میز ماشین ابزار ثابت شد و دمای برش توسط دماسنج مادون قرمز اندازه گیری شد. تثبیت دینامومتر و قطعه کار در شکل 6 و فرآیند اندازه گیری نیرو و اندازه گیری دما در شکل 7 نشان داده شده است.
تصویر
الف) سوراخ های نصب ماشینکاری
تصویر
ب) نیروسنج ثابت است
شکل 6 تثبیت نیروسنج و قطعه کار
تصویر
الف) اندازه گیری نیروی برش
تصویر
ب) اندازه گیری دمای برش
شکل 7 اندازه گیری نیرو و فرآیند اندازه گیری دما
4.2 اعتبار سنجی مدل
سه گروه از پارامترهای برش برای آزمایش انتخاب شدند. مقادیر شبیه سازی شده، مقادیر اندازه گیری شده و خطاهای نیروی برش و دمای برش در جدول 9 و جدول 10 نشان داده شده است. از جدول 9 و جدول 10 می توان دریافت که حداکثر خطای نتایج شبیه سازی 15.6 درصد است که در محدوده 20 درصد است. ، بنابراین نتایج آزمایش الزامات برنامه های مهندسی را برآورده می کند.
جدول 9 مقدار شبیه سازی، مقدار اندازه گیری شده و خطای نیروی برش
تصویر
جدول 10 مقدار شبیه سازی، مقدار اندازه گیری شده و خطای دمای برش
تصویر
نتیجه
5
در این مقاله از نرم افزار تحلیل المان محدود ABAQUS برای ایجاد مدل آسیاب سه بعدی آلیاژ تنگستن-مولیبدن استفاده شده است. با توجه به پارامترهای مختلف برش، قانون تغییر نیروی برش و دمای برش تولید شده در فرآیند آسیاب کردن آلیاژ تنگستن-مولیبدن مورد مطالعه قرار گرفته و پارامترهای بهینه آسیاب از طریق آزمایشهای متعامد به دست میآیند. ترکیب، مرجعی برای آسیاب واقعی ارائه دهید. نتایج به دست آمده به شرح زیر است.
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. بنابراین، راه حل بهینه نیروی برش F B1C2A2 است، یعنی 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>ب. بنابراین، راه حل بهینه دمای برش T A1B1C4 است، یعنی vc=50m/s، fz=0.16mm/z,ap=4mm.
3) کارایی و مزایای برش را در پردازش واقعی به طور کامل در نظر بگیرید و ترکیب بهینه پارامترهای فرآیند را به دست آورید، یعنی vc=60m/s، fz=0.16mm/z، ap{{4 }} میلی متر
