Пономарев Б. Б. Моделирование и анализ влияния условий обработки на силы резания при концевом фрезеровании / Б. Б. Пономарев, Ш. Х. Нгуен // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. ‑ 2018. ‑ Т. 59, № 3. ‑ С. 8–16. ‑ DOI: 10.26731/1813-9108.2018.3(59).8-16
10.26731/1813-9108.2018.3(59).8-16
В статье представлены результаты теоретического определения и моделирования процесса концевого фрезерования с применением сфероцилиндрических фрез и результаты анализа изменения проекций сил резания при различных условиях обработки деталей: глубины резания и подачи на зуб.
Рассмотрены модели динамики процесса фрезерования в двухмерной и трехмерной постановке на основе конечно-элементного анализа взаимодействия инструмента и обрабатываемой заготовки с использованием возможностей программ-ного комплекса SIMULIA ABAQUS. В качестве инструмента была выбрана сфероцилиндрическая фреза диаметром 2 мм из быстрорежущей стали P18, а заготовкой является пластина из стали 45. Для задания линейно-эластических и механических свойств материала инструмента и заготовки используются модели Джонсона – Кука.
Полученные результаты численного моделирования чистового фрезерования деталей при различных режимах обработки позволяют в процессе подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ прогнозировать характер нагрузок, действующих на инструмент в зависимости от его конструктивного исполнения, с учетом прочности и жесткости инструмента, обоснованно осуществлять его выбор с целью повышения эффективности использования технологического оборудования. Приводятся графики зависимостей сил резания от угла поворота инструмента при различных значениях подач на зуб и глубины резания. По сравнению результатов моделирования с теоретическими выводами и существующими результатами экспериментов других авторов была подтверждена работоспособность программы ABAQUS при моделировании и анализе сил резания процессов концевого фрезерования.
1. Jensen C.G., Red W.E., Pi J. Tool selection for five-axis curvature matched machining // Computer-Aided Design, 2002, Vol. 34, pp. 251–266.
2. Shatla M., Altan T. Analytical modeling of drilling and ball-end milling // Journal of MaterialsProcessing Technology, 2000, Vol. 98, pp. 125–133.
3. Fontaine N., Devillez A., Moufki A., Dudzinski D. Predictive force model for ball-end milling and experimental validation with a wavelike form machining test // International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2006, Vol. 46, pp. 367–380.
4. Gradisek J., Kalveram M., Weinert K. Mechanic identification of specific force coefficients for general end mill // Inter-national Journal of Machine Tools and Manufacture, 2004, Vol. 44, pp. 401–414.
5. Larue A., Altintas Y. Simulation of flank milling processes. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2005, Vol. 45, pp. 549–559.
6. Clayton P.A., El-Wardany T., Elbestawi M.A., Viens D. A mechanistic force model of the 5-axis milling process // Proceedings of the ASME Manufacturing Engineering Division, 2000, Vol. 11, pp. 979–987.
7. Boujelbene M., Moisan A., Bouzid W., Torbaty S. Variation Cutting Speed on the Five Axis Milling // J. Achiev. Mater. Manuf. Eng., 2007, Vol. 21(2), pp. 7–14.
8. Daymi A., Boujelbene M., Ben Amara A., Linares J.M. Improvement of the Surface Quality of the Medical Prostheses in High Speed Milling // Int. Rev. Mech. Eng., 2009, 3(5), pp. 566–572.
9. Ozturk B., Lazoglu I. Machining of Free-Form Surfaces. Part I: Analytical Chip Load // Int. J. Mach. Tools Manuf., 2006, 46(7–8), pp. 728–735.
10. Prat D., Fromentin G., Poulachon G., Duc E., Experimental Analysis and Geometrical Modeling of Cutting Conditions Effect in 5 Axis Milling With Ti6Al4 V Alloy // Procedia CIRP, 2012, Vol. 1, pp. 84–89.
11. Ponomarev B.B., Nguyen Sy Hien. Finish milling dynamics simulation considering changing tool angles // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2017, 327/022083.
12. Johnson G.R., Cook W.H. Fracture Characteristics of Three Metals Subjected to Various Strains, Strain rates, Temperatures and Pressures // Engineering Fracture Mechanics, 1985, Vol. 21, No. 1, pp. 31–48.
13. Электронный ресурс: http://abaqus.software.polimi.it/v2016/
14. Duan C.Z., Dou T., Cai Y.J., Li Y.Y. Finite element simulation & experiment of chip formation process during high speed machining of AISI 1045 hardened steel // Int. J. Recent Trend Eng., 2009, 1(5), 46–50.
15. Ходько А.А. Особенности выбора модели пластичности металла деформируемой заготовки при численном ис-следовании процесса гидродинамической штамповки // Авиационно-космическая техника и технология. – 2014. – № 5. – С. 11–24.
16. Кузькин В.А., Михалюк Д.С. Применение численного моделирования для идентификации параметров модели Джонсона-Кука при высокоскоростном деформировании алюминия // Вычислительная механика сплошных сред. – 2010. – Т. 3. – № 1. – С. 32–43.
17. Резников Н.И. Учение о резании металлов. М.: Машгиз. 1947. – 588 с.
18. Вульф А.М. Резание металлов. Л.: Машиностроение, 1973. – 496 с.
19. Altintas Y., Lee P. Mechanics and Dynamics of Ball End Milling // ASME J. Manufact. Science and Eng., 1998, Vol. 120, pp. 684–691.