Vistas:38 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2018-11-12 Origen:Sitio
La figura 13 muestra la historia de la formación de chip para una simulación producida con la técnica de deformación. La variable de contorno es la tensión plástica equivalente, cortada en un máximo de 3. (una gráfica de la temperatura es muy Similar a esto, ya que la conductividad térmica es pequeña). Las condiciones de corte fueron las mismas que en la figura 12.
La forma del primer segmento y la banda de corte es diferente de la de las siguientes. Muestra una banda de corte fuertemente dividida, mientras que las últimas bandas de corte se dividen solo ligeramente en el lado de la herramienta. La curvatura de este primero El segmento es mucho más fuerte, de modo que contacta al material sin cortar. Los últimos segmentos son muy similares entre sí, con una distancia constante entre los segmentos y un grado similar de segmentación. La diferencia entre el primero y Los siguientes segmentos se deben a la diferencia de geometría entre el material inicialmente sin cortar y el material con una banda de corte.
La deformación de los chips producidos experimentalmente es diferente de la simulación en dos aspectos: el grado de segmentación es más fuerte en el experimento (esto se debe en parte a la densidad de la malla, ver arriba) y la distancia entre Las bandas de corte también son más grandes (ver Fig. 9 para comparación). Esto es probable principalmente debido a la diferencia en el ángulo de rastrillo. Errores en el flujo de plástico
Fig. 13. Desarrollo de un chip segmentado. Se muestra la tensión plástica equivalente como una gráfica de contorno. Se elige la escala de tal manera que el color más oscuro denota todos los valores mayores que 3. Parámetros de corte: profundidad de corte 40 lm, velocidad de corte 50 ms, ángulo de rastrillo 10 °. Las curvas también pueden desempeñar un papel, pero esto no se puede decidir en este momento. La curvatura de los chips tampoco está de acuerdo, ya que los chips simulados están más fuertemente curvados.
El material entre las bandas de corte solo está débilmente deformado. La deformación es más fuerte en el lado de la herramienta del chip debido a las razones geométricas. Esto es cierto tanto en la simulación como en el experimento. La pequeña deformación de las regiones Entre las bandas de corte conduce a un pequeño aumento de temperatura; en las simulaciones, La temperatura máxima en las bandas de corte alcanza 800 ° C o más, mientras que las regiones menos deformadas tienen temperaturas inferiores a 150 ° C. Debido a la baja conductancia de calor del material, estas diferencias ni siquiera salen en la simulación veces considerado.
En la Fig. 14 se muestra un estudio detallado de la formación de una banda de corte de corte.
Una ligera deformación plástica de toda la región frente a la punta de la herramienta, flexión hacia arriba de la parte posterior del material.
Se forma una zona de deformación frente a la punta de la herramienta.
Una pequeña región en la parte trasera de trabajo comienza a deformarse plásticamente.
Las dos zonas de deformación se unen y la deformación plástica se localiza.
El segmento corta fuertemente a lo largo de la banda de corte.
Se puede formar una segunda zona de corte que conduce a una banda de corte dividida que se curva hacia abajo.
Se puede ver en la simulación que la banda de corte no simplemente comienza a formarse frente a la punta de la herramienta y luego se extiende por todo el chip. En cambio, una segunda región de deformación se forma primero en la parte trasera de los chips, y solo luego se unen las dos regiones. 6 Si el corte en la superficie induce grietas, esto podría conducir a la formación de grietas en etapas muy tempranas del proceso de Seg Mentation. Esto, sin embargo, no puede concluir de la presente simulación.
Otro aspecto interesante es la formación de bandas de cizallamiento dividido. La banda de corte se dobla hacia arriba a medida que avanza la punta de la herramienta y una nueva zona de deformación se forma frente a la punta de la herramienta, lo que lleva a una segunda banda de corte que se une con el primero. Tan pronto como se ha formado la segunda banda de corte, la deformación se concentra en esta región y la mitad superior de la banda de corte ya no se forma. Esto se puede ver a partir de la tasa de deformación, que se vuelve pequeña en la mitad superior de la banda de corte y grande en la parte inferior tan pronto como se produce la división.
Esta banda de corte dividida parece no ser un artefacto de simulación, a pesar del hecho de que su forma detallada se ve afectada por el mecanismo de separación (ver Fig. 12). Se han observado bandas de corte similares en otra simulación (ver [19], Fig. 9) y también se han encontrado experimentalmente (ver Fig. 15).
Una posible razón para la aparición de estas bandas de corte se puede entender a partir de la Fig. 16. La banda de corte inicialmente se forma como una línea casi recta, como se ve en la Fig. 16 (izquierda). A medida que avanza la herramienta, la región material es directamente al frente de la punta de la herramienta y debajo de la banda de corte se debe eliminar. Una posibilidad para esto es curvar fuertemente la banda de corte hacia arriba mientras la herramienta avanza, 7 de modo que el material que se eliminará se mueve hacia la izquierda y hacia arriba. Esto, sin embargo, requeriría una fuerte deformación plástica en la zona S2 a la izquierda de la banda de corte, donde la temperatura aún es pequeña y la energía requerida para la deformación En consecuencia, es grande, y también alguna deformación en el segmento S1 ya formado. Si una banda de corte dividida se forma en su lugar de la Región A, esta región se puede mover cortando a lo largo de la banda de corte, lo cual es mucho más fácil. Esto causa todo El chip ya formado (S1) para moverse a lo largo de la zona de corte también, y a medida que la banda de corte está curva, el chip también se curva. La región A frente a la punta de la herramienta cambia su papel: al principio pertenece a la recién formación Segmento S2, pero tan pronto como la segunda banda de corte se hace cargo, pertenece cinéticamente al segmento S1 ya formado. Las restricciones geométricas aún requieren una pequeña deformación en esta región, pero el material dejado solo de la banda de corte tiene que deformarse ligeramente para acomodar la curvatura (pequeña) de la banda de corte.
La formación de la banda de corte dividida, por supuesto, no es un fenómeno puramente geométrico: una deformación continua de la región A en la figura podría causar un efecto similar sin una localización sólida. Si la deformación en esta zona Los concentrados en una segunda banda de corte dependen de las curvas de flujo y de la tendencia de la deformación a localizarse.
Una comparación de las bandas de cizallamiento dividido simulado y el experimento muestra que su forma difiere: las bandas de corte experimentales curvadas en la dirección opuesta de las simuladas. Esta diferencia aún no puede ser explicado, pero la influencia de la fricción, del calor de la herramienta y de los diferentes ángulos de rastrillo puede jugar un papel en esto.
La figura 17 muestra la fuerza de corte calculada para la simulación de la Fig. 13. Como se esperaba, las oscilaciones fuertes de 7 Tenga en cuenta que la fricción se descuida en esta simulación, por lo que no puede causar curvatura de la banda de corte. Es probable que La inclusión de la fricción destruiría al menos en parte las bandas de cizallamiento dividido por la fuerte deformación del lado de la herramienta del chip.
Fig. 14. Detalle de la formación de la segunda banda de corte para la misma simulación que en la Fig. 13. que se muestra la cepa plástica equivalente como diagrama de contorno. La escala se elige de tal manera que el color más oscuro denota todos los valores mayores que 2.
El tiempo entre dos imágenes consecutivas es de 50 ns. La línea horizontal es la superficie de contacto auxiliar para evitar la penetración del chip en la pieza de trabajo sin cortar.
La fuerza ocurre, con un alto valor absoluto de la fuerza cuando la deformación no se concentra y un valor más bajo en tiempos de localización de corte y cizallamiento del chip a lo largo de las bandas de corte. Los valores absolutos de la fuerza son no de acuerdo con las investigaciones experimentales, pero son demasiado bajos en un factor de aproximadamente 2. esto es Principalmente debido a las incertidumbres en las curvas de flujo de plástico y también a los diferentes ángulos de rastrillo. Por un lado, la disminución de la tensión en cepas mayores de 0.2 probablemente sea exagerada en las curvas; por otra parte, Los valores de estrés a las tasas de deformación extremas serán mucho más altos que los de la
Fig. 15. Ocurrencia de bandas de cizallamiento dividido en chips producidos experimentalmente: chip (izquierda) de Ti6al4v (herramienta en el lado derecho); (Derecho) Chip de CK 45 (herramienta en el lado izquierdo) creado con un experimento de parada rápida en IEP, Magdeburg. Esta figura fue proporcionado por U. Schreppel y P. Veit, IEP, Magdeburg.
Fig. 16. Dos etapas durante la formación de una banda de corte dividida. Las configuraciones se toman del cuarto y séptimo estado que se muestra en la Fig. 14. El segmento S1 ya está formado en el primer estado, el segmento S2 comienza a evolucionar. El avance La herramienta tiene que eliminar la región A. La banda de corte dividida frente a A permite mover esta región a la posición marcada por B en la figura correcta. El segmento S1 ya formado solo se deforma ligeramente durante este proceso. La división del Por lo tanto, la banda de corte permite acomodar la eliminación del material de la región A sin una fuerte deformación dentro de S1 o en S2
El modelo de elementos finitos permite estudiar la influencia de diferentes parámetros de material y proceso en la formación de chips. En esta sección se mostrarán dos ejemplos.
En un primer experimento, se cambiaron las propiedades elásticas del material. Se puede argumentar que la formación de bandas de corte se desencadena por la liberación de energía elástica almacenada en el material deformado. La figura 18 muestra que de hecho el La densidad de energía elástica disminuye fuertemente cuando se forma un segmento de chip. Sin embargo, el valor absoluto de esta energía es pequeño en comparación con la energía de deformación plástica. Para estudiar este efecto más a fondo, el módulo de material de Young fue variado entre57.5 y 575 MPa a temperatura ambiente, de modo que la energía elástica almacenada cambiaría en consecuencia. 8
Los patrones de deformación resultantes son similares para estos tres casos, pero el grado de segmentación cambia ligeramente, correspondiente a un cambio en la frecuencia de la seg mentalidad. Esto se puede ver a partir de la figura 19, donde está la fuerza de corte mostrado para los tres casos diferentes. Cuanto menor sea el módulo elástico, mayor es el grado de segmentación y tiempo de segmentación. Una posible explicación es que una mayor cantidad de energía elástica almacenada facilita el corte o eso Se prefiere el corte de plástico, ya que la deformación elástica de la región que queda de la banda de corte es energéticamente desfavorable. Otra posibilidad es que la deformación se concentra más fuertemente en el material más rígido y, por lo tanto, aumenta La frecuencia de segmentación. Una investigación más detallada 8 Tenga en cuenta que la cantidad de energía elástica está limitada por la resistencia al rendimiento fijo del material, de modo que el material con el módulo elástico más bajo tiene la energía de deformación más alta si el material se deforma plásticamente.
Fig. 18. Densidad de energía elástica (en unidades mJ/mm3) en el segundo y cuarto paso de tiempo de la Fig. 14. La escala se elige de tal manera que el color más oscuro denota todos los valores mayores de 20. La densidad de energía disminuye fuertemente durante el Formación de la banda de corte, insinuando que la liberación de energía elástica puede influir en la formación de la banda de corte.
Fig. 19. Fuerza de corte para tres simulaciones con diferentes propiedades elásticas. Se puede ver que la frecuencia de segmentación se reduce al aumentar el módulo elástico. Parámetros de corte: profundidad de corte 40 lm, velocidad de corte 50 m/s, rastrillo ángulo 10 °.de la influencia del módulo elástico es necesaria para comprender esta pregunta a fondo.
Como segunda variación, la velocidad de corte se ha reducido en un factor de 100-0.5 m/s. A esta velocidad, la conductividad térmica es lo suficientemente alta como para que no sea posible una concentración de temperatura fuerte. Debido al maxi mamá en el flujo de plástico Curvas, sin embargo, se debe esperar que la segmentación de chips ocurra como también lo hace experimentalmente. (Este hecho fue parte de la razón para usar curvas de flujo con un máximo claro). Esto es realmente cierto, pero solo se puede ver en el Simulación si la densidad de la malla aumenta aún más, como se menciona en la Sección 4.2. Esto indica que la tendencia a formar chips segmentados es menor a la velocidad de corte más baja.
Se ha mostrado un modelo de elementos finitos del proceso de corte de metal utilizando el software estándar (ABAQU/Standard). El modelo se basa en las siguientes técnicas:
uso de elementos cuadriláteros;
Remeshing frecuente;
forma especial de la malla inicial;
Remeshing discontinuo para chips segmentados;
Uso de dos técnicas de separación diferentes.
El modelo se aplicó al corte ortogonal de una aleación de titanio, utilizando curvas de flujo de plástico basado en el experimento, pero poseía cierta incertidumbre experimental.
También se han demostrado algunos resultados producidos con el modelo. Es posible analizar los detalles del proceso de formación de chips. La formación de la banda de corte comienza frente a la punta de la herramienta. Se forma una segunda región de deformación en el chip Backside, y las dos regiones se unen. La región de Formación se reduce aún más, hasta que la deformación se concentra en una banda de corte muy pequeña. La banda de corte puede dividirse después, un fenómeno que también se ha observado en algunos experimentos.
Además, se estudió la influencia del módulo elástico y de la velocidad de corte. El módulo elástico influye en el grado de segmentación de los chips. Con curvas de flujo que muestran un fuerte máximo isotérmicamente, se forman chips segmentados Incluso a bajas velocidades de corte, si la densidad de malla aumenta suficientemente.
El acuerdo entre los chips simulados y producidos por experimentos fue razonable teniendo en cuenta las incertidumbres de los parámetros de entrada. Lo más importante es que el grado de segmentación en la simulación es menor que en el Experimentos. Esto puede ser causado por las curvas de flujo de plástico utilizados que favorecen fuertemente a la generación de bandas de corte, de modo que la frecuencia de segmentación aumenta y el grado de segmentación disminuyó en consecuencia. Esto podría Indique que la falla del material debe incluirse en la simulación, pero esto aún no está claro.
Por razones de simplicidad, la fricción y la conducción de calor en la herramienta se han descuidado en este estudio. Las investigaciones futuras incluirán estos procesos y, por lo tanto, permitirán estudiar su efecto en el proceso de formación de chips.
Una mejora necesaria se refiere a la forma de la herramienta, especialmente en el caso del modelo de deformación pura. Aquí, la fuerza pasiva y la deformación de la superficie de la pieza de trabajo son demasiado pequeñas, ya que no se empuja ningún material debajo de la herramienta. los La suposición de una herramienta infinitamente nítida y la penetración resultante del material en la herramienta (ver Fig. 8) deben mejorarse agregando un radio de herramienta finita.
Finalmente, se pueden realizar estudios paramétricos para comprender la influencia de diferentes parámetros de material en el proceso de formación de chips. Las variables más interesantes para cambiar son las curvas de flujo de plástico y el térmico Propiedades de la aleación de titanio. Los resultados de estos estudios pueden no solo ayudar a comprender qué hace que el titanio sea difícil de cortar, sino que también puede señalar posibles mejoras de la aleación.
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