Обработка металлов

Особенности расчета температуры резания при высокоскоростном фрезеровании алюминиевых сплавов без применения СОЖ

Том 26, № 1 Январь - Март 2024

Авторы:

Губин Дмитрий Сергеевич,

Кисель Антон Геннадьевич

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2024-26.1-38-54

Скачать полный текст (RU)

Интерактивный просмотр (RU)

Скачать полный текст (EN)

Интерактивный просмотр (EN)

Аннотация
Авторы
Список литературы

Аннотация

Введение: Расчёт температуры при высокоскоростном фрезеровании алюминиевых сплавов представляет собой интерес, поскольку температура может выступать как один из основных ограничивающих факторов при выборе рациональных режимов фрезерования. Особенно это актуально при фрезеровании тонкостенных изделий, применяемых в авиаракетостроении, поскольку высокие ее значения могут привести к местному короблению конструкции. Контроль температурного фактора в производственных условиях не представляется возможным, в связи с чем возникает необходимость в разработке математической модели расчета температуры. Целью работы является разработка методики прогнозирования температуры резания при высокоскоростном фрезеровании заготовок из алюминиевых сплавов для условий резания, в которых нет возможности применять СОЖ. Методы. В данной статье представлены экспериментальные исследования температуры резания при высокоскоростном фрезеровании заготовок из алюминиевого сплава без применения СОЖ с помощью бесконтактных методов измерения температуры. Полученные результаты применялись для определения коэффициентов, подставляемых в формулы для расчёта температур на передней и задней поверхностях режущего лезвия. Результаты и обсуждение: По результатам экспериментальных испытаний и теоретического моделирования был составлен график температур. Сопоставление экспериментальных исследований фрезерования алюминиевого сплава Д16Т, при изменении условий резания, (изменялась скорость резания) с теоретическими данными, дало удовлетворительный результат. Средняя относительна погрешность при сравнении экспериментальных данных с теоретическими составляет 6,05%. На основе экспериментальных данных можно сделать вывод, что сопоставление экспериментальных данных измерения температур резания удовлетворительно согласуется с предложенной методикой теоретического расчета температур. Достоинством данной методики является то, что она позволяет без проведения трудоемких и затратных экспериментальных исследований теоретически рассчитать (спрогнозировать) температуры на передней и задней поверхности режущего лезвия, а также температуру резания, для тех узких условий фрезерования, где невозможен эффективный отвод тепла из зоны резания. Также ее можно применить для фрезерования алюминиевых сплавов механические и теплофизические свойства которых различаются.

Ключевые слова: Температура резания, высокоскоростное фрезерование, алюминиевый сплав, гомологическая температура, тепловизор, прогнозирование, удельная работа, предел текучести

Список литературы

1. Effect of cutting parameters on heat generation in ultra-precision milling of aluminum alloy 6061 / S.J. Wang, X. Chen, S. To, X.B. Ouyang, Q. Liu, J.W. Liu, W.B. Lee // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2015. – Vol. 80. – P. 1265–1275. – DOI: 10.1007/s00170-015-7072-8.

2. Effects of SiO₂-Al₂O₃-ZrO₂ tri-hybrid nanofluids on surface roughness and cutting temperature in end milling process of aluminum alloy 6061-T6 using uncoated and coated cutting inserts with minimal quantity lubricant method / W. Safiei, M.M. Rahman, A.R. Yusoff, M.N. Arifin, W. Tasnim // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2021. – Vol. 46. – P. 7699–7718. – DOI: 10.1007/s13369-021-05533-7.

3. Meng X.X., Lin Y.X. Chip morphology and cutting temperature of ADC12 aluminum alloy during high-speed milling // Rare Metals. – 2021. – Vol. 40. – P. 1915–1923. – DOI: 10.1007/s12598-020-01486-2.

4. Machining of aluminum alloys: a review / M.C. Santos, A.R. Machado, W.F. Sales, M.A.S. Barrozo, E.O. Ezugwu // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 86. – P. 3067–3080. – DOI: 10.1007/s00170-016-8431-9.

5. Cyclic solid-state transformations during ball milling of aluminum zirconium powder and the effect of milling speed / M.S. El-Eskandarany, K. Aoki, K. Sumiyama, K. Suzuki // Metallurgical and Materials Transactions A. – 1999. – Vol. 30. – P. 1877–1880. – DOI: 10.1007/s11661-999-0185-7.

6. Luo H., Wang Yq., Zhang P. Simulation and experimental study of 7A09 aluminum alloy milling under double liquid quenching // Journal of Central South University. – 2020. – Vol. 27. – P. 372–380. – DOI: 10.1007/s11771-020-4302-5.

7. Грубый С.В., Зайцев А.М. Обоснование условий фрезерования карманов в корпусных деталях из алюминиевых сплавов // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2014. – № 5. – С. 12–30. – DOI: 10.7463/0514.0709770.

8. CIRP encyclopedia of production engineering / ed. by S. Chatti, L. Laperrière, G. Reinhart, T. Tolio. –Berlin; Heidelberg: Springer, 2019. – 1832 p. – DOI: 10.1007/978-3-662-53120-4.

9. An experimental investigation of the influence of cutting parameters on workpiece internal temperature during Al2024-T3 milling / A. Il, J.F. Chatelain, J.F. Lalonde, M. Balazinski, X. Rimpault // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Vol. 97. – P. 413–426. – DOI: 10.1007/s00170-018-1948-3.

10. Грубый С.В., Зайцев А.М. Исследование концевых фрез при фрезеровании корпусных деталей из алюминиевых сплавов // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2013. – № 12. – С. 31–54. – DOI: 10.7463/1213.0634375.

11. Modelling of the temperature distribution based on equivalent heat transfer theory and anisotropic characteristics of honeycomb core during milling of aluminum honeycomb core / W. Ming, W. Yu, K. Qiu, Q. An, M. Chen // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2021. – Vol. 115. – P. 2097–2110. – DOI: 10.1007/s00170-021-06943-5.

12. Milling force model for aviation aluminum alloy: academic insight and perspective analysis / Z. Duan, C. Li, W. Ding, Y. Zhang, M. Yang, T. Gao, H. Cao, X. Xu, D. Wang, C. Mao, H.N. Li, G.M. Kumar, Z. Said, S. Debnath, M. Jamil, H.M. Ali // Chinese Journal of Mechanical Engineering. – 2021. – Vol. 34. – P. 18. – DOI: 10.1186/s10033-021-00536-9.

13. Bugdayci B., Lazoglu I. Temperature and wear analysis in milling of aerospace grade aluminum alloy Al-7050 // Production Engineering. – 2015. – Vol. 9. – P. 487–494. – DOI: 10.1007/s11740-015-0623-x.

14. Кугультинов С.Д., Щенятский А.В., Жиляев А.С. Численный анализ влияния условий механической обработки на напряженно-деформированное состояние крупногабаритных тонкостенных деталей сложной формы // Интеллектуальные системы в производстве. – 2018. – Т. 16, № 3. – С. 17–21. – DOI: 10.22213/2410-9304-2018-3-17-21.

15. Трусов В.Н., Законов О.И., Шикин В.В. Исследование параметров процесса фрезерования алюминиевого сплава Д16Т // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2012. – № 3 (35). – С. 155–162. – URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_18955077_35295693.pdf (дата обращения: 09.02.2024).

16. Разработка математической модели кривой течения сплавов при адиабатических условиях деформирования / В.С. Кушнер, М.Г. Сторчак, О.Ю. Бургонова, Д.С. Губин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2017. – Т. 83 (5) – С. 45–49. – URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_29197671_73184792.pdf (дата обращения: 09.02.2024).

17. Бургонова О.Ю., Кушнер В.С. Повышение эффективности обработки конструкционных материалов фрезерованием. – Омск: Омский гос. техн. ун-т, 2013. – 140 с. – ISBN 978-5-8149-1640-2.

18. Gabrian International (H.K.) Ltd.: сайт. – URL: https://www.gabrian.com/2024-aluminum-properties/ (accessed: 09.02.2024).

19. Физические величины: справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с. – ISBN 5-283-04013-5.

20. Kushner V., Storchak M. Determining mechanical characteristics of material resistance to deformation in machining // Production Engineering. – 2014. – Vol. 8 (5). – P. 679–688. – DOI: 10.1007/s11740-014-0573-8.

21. Finite element modeling of high-speed milling 7050-T7451 alloys / X. Huang, J. Xu, M. Chen, F. Ren // Procedia Manufacturing. – 2020. – Vol. 43. – P. 471–478. – DOI: 10.1016/j.promfg.2020.02.186.

22. Воробьев А.А., Крутько А.А., Седых Д.А. Разработка модели для оценки напряженно-деформированного состояния твердосплавного инструмента при восстановительной обработке железнодорожных колес // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2022. – № 12 (138). – С. 9–15. – DOI: 10.30987/2223-4608-2022-12-9-15.

23. Развитие науки о резании металлов / редкол.: Н.Н. Зорев (пред.) [и др.]. – М.: Машиностроение, 1967. – 415 с.

24. Розенберг А.М., Еремин А.Н. Элементы теории процесса резания металлов. – М.: Машгиз, 1956. – 318 с.

25. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Т. 3. Теория пластической обработки металлов. – М.: Металлургиздат, 1961. – 306 с.

26. Жиляев А.С., Кугультинов С.Д. Математическое моделирование тепловых процессов при фрезеровании сложнопрофильных деталей из алюминиевых сплавов // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». – 2019. – № 2 (29). – С. 65–70. – URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_41273368_56283700.pdf (дата обращения: 09.02.2024).

27. Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание материалов. – М.: Высшая школа, 2009. – 535 с. – ISBN 978-5-06-004415-7.

Для цитирования:

Губин Д.С., Кисель А.Г. Особенности расчета температуры резания при высокоскоростном фрезеровании алюминиевых сплавов без применения СОЖ // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 1. – С. 38–54. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-38-54.

For citation:

Gubin D.S., Kisel’ A.G. Features of calculating the cutting temperature during high-speed milling of aluminum alloys without the use of cutting fluid. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2024, vol. 26, no. 1, pp. 38–54. DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-38-54. (In Russian).

Просмотров: 961

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Особенности расчета температуры резания при высокоскоростном фрезеровании алюминиевых сплавов без применения СОЖ