Obrabotka Metallov 2011 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (50) 2011 9 ТЕХНОЛОГИЯ тельных напряжений авторами использовался метод численного моделирования конечными элементами, подробно описанный в работе [2]. Построение модели механической обработки и моделирование износа было произведено при помощи программного комплекса MSC Marc . Ко- нечноэлементный анализ механической обработ- ки выполнялся на основе модели в Лагранжевой формулировке, предполагающей, что заготовка за- креплена, а режущий инструмент движется. В силу значительных трудностей, возникающих при моде- лировании трехмерного контакта режущих зубьев метчика с обрабатываемой деталью, а также слож- ного движения инструмента, осуществляющегося самоподачей, моделировался процесс ортогональ- ной обработки в плоскости, нормальной к оси ин- струмента. Свойства композиционного материала задава- лись на основе рассмотрения наполнителя и свя- зующего материала как единого целого. При этом свойства композиционного материала моделирова- лись посредством использования усредненных ха- рактеристик слоя. В качестве материала внутренней резьбы были использованы физико-механические свойства стеклопластика КППН, состоящего из сте- клонити ВМ и эпоксидного связующего ЭДИ [3], а также физико-механические свойства типичных слоистых пластиков, получаемых формованием ручной укладкой [4]. При построении модели процесса обрабатывае- мый материал (КППН) рассматривался как упруго- пластичное ортотропное тело, в то время как физико- механические свойства инструмента (материал Р6М5) задавались как для упругого тела. Для вы- бранных материалов в общем случае были заданы: • при моделировании свойств изотропного мате- риала – модуль упругости EX и коэффициент Пуас- сона PRXY ; • при моделировании ортотропного материала – модули упругости в направлении x , y , z ( EX , EY , EZ ), коэффициенты Пуассона в направлении x , y , z ( PRXY , PRYZ , PRXZ ), или младшие коэффициенты ( NUXY , NUYZ , NUXZ ) и модули сдвига ( GXY , GYZ , GXZ ). Процесс удаления припуска с обрабатываемой детали моделировался использованием критерия разрушения материала (критерий Оуэна): m B dt C σ⎛ ⎞ + ε ≥ ⎜ ⎟ σ⎝ ⎠ ∫ , (2) где σ m – среднее значение напряжений, Н/м 2 ; σ – действующие напряжения по Мизесу, Н/м 2 ; ε – вели- чина пластических деформаций, мм; С – пороговая величина, определяющая возможность разрушения материала; В – постоянная материала, описывающая величину гидростатического давления. Вследствие значительных деформаций заготов- ки в процессе моделирования механической об- работки сетка конечных элементов искривляется. В связи с этим производилось перестроение сетки каждое n приращений при больших пластических деформациях и при значительном проникновении контактирующих тел. Для аппроксимации гео- метрической модели были использованны четы- рехугольные ортогональные конечные элементы type 11. В расчетах были приняты следующие граничные условия. Закрепление осуществлено на периферии обрабатываемой детали по всем шести степеням свободы. Каждому зубу метчика сообщалась величи- на угловых перемещений, равная частоте вращения шпинделя станка. Таким образом, задача определения крутящего момента при резании сводится к определению числа одновременно работающих режущих лезвий метчи- ка, суммарного сечения срезаемого слоя, суммарной длины режущих кромок и определению переменного расстояния режущей кромки от оси метчика. Пере- численные характеристики определялись исходя из разработанного метода, основанного на описании геометрии режущего инструмента, при котором гео- метрия режущих лезвий описывается уравнениями прямых, их образующих. При таком подходе суммар- ная площадь среза определялась исходя из координат пересечения прямых, образующих профили режу- щих зубьев. В результате были получены характеристики, по- зволяющие адекватно оценить приращение крутяще- го момента на зуб метчика с корригированным про- филем (см. таблицу). Для проверки адекватности разработанных в ходе теоретических исследований зависимостей из- менения крутящего момента при резании был про- веден полный факторный эксперимент 2 3 (ПФЭ). Экспериментальная установка, включала в себя вертикально-сверлильный станок 2Н135, тензостан- цию УТ4-1, многофункциональную плату ввода/вы- вода аналогово-цифрового преобразователя L-780M и ЭВМ. Для определения интервалов варьирования факторов была проведена серия предварительных экспериментов. Интервал варьирования частоты вра- щения n = 100…750 об/мин, d мет = 6…10 мм. Нижние границы интервалов варьирования определяются минимальной производительностью, верхние – каче- ством обработанной поверхности.