نماذج رقمية ثنائية وثلاثية الأبعاد لقطع المعادن مع حدوث أضرار

  نبذة مختصرة

  في هذا البحث تم تقديم نماذج العناصر ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد من القطع المعدني غير المستقر. تأخذ هذه النماذج في الحسبان الديناميكية ، والاقتران الحراري الميكانيكي ، وقانون الضرر التأسيسي ، والاتصالمع الاحتكاك. تتعلق المحاكاة بدراسة عملية تشكيل الطبقة غير المستقرة. يتم أخذ الإجهاد الناتج كدالة من السلالة ، ومعدل الإجهاد ودرجة الحرارة من أجل إعادة السلوك الواقعي في المعدنالقطع.

  تحتاج عملية محاكاة الحالة غير المستقرة إلى معيار فصل المواد (معيار الرقاقة) وبالتالي ، فإن العديد من النماذج في الأدبيات تستخدم معيارًا تعسفيًا يعتمد على السلالة البلاستيكية الفعالة أو كثافة طاقة السلالة أو المسافةبين عُقد الأجزاء وحافة الأدوات. يسمح قانون الضرر التالف المعتمد في النماذج المعروضة هنا بفصل المحاكاة المتقدمة لاختراق الأداة في قطعة العمل وتشكيل الرقاقة. الأصالة التي أدخلت هنا هي أن هذاتم تحديد قانون الضرر من اختبارات الشد والالتواء ، وقمنا بتطبيقه على عملية المعالجة. تظهر عمليات التشديد ودرجات الحرارة ، وتشكيل الرقاقات ، وقوى الأدوات في المراحل المختلفة لعملية القطع.

  وأخيرًا ، نقدم نموذجًا مائلًا ثلاثي الأبعاد لمحاكاة عملية تشكيل الطبقة غير المستقرة. يسمح هذا النموذج ، الذي يستخدم قانون الضرر الذي سبق تحديده ، بمحاكاة متقدمة قريبة من عملية القطع الحقيقية. الةالجزء يظهر تطبيق طحن.

  تستخدم صيغة Lagrangian Eulerian التعسفية (ALE) لهذه المحاكاة ؛ وتجمع هذه الشكليات بين مميزات كل من Eulerian و Lagrangian في وصف واحد ، ويتم استغلالها لتقليل عنصر niteتشويه شبكة.

  2004 تم النشر بواسطة Elsevier B.V.

  المقدمة

  يعتبر القطع طريقة مفيدة للغاية للحصول على القطع الصناعية ، ولكن خصائص التشوه لعمليات المعالجة الآلية غير مفهومة بشكل جيد ، كما أن النماذج الدقيقة القادرة على التنبؤ بأداء الآلات لم تتحسن بعد. دقيقالمعرفة حول معلمات القطع الأمثل أمر ضروري. ميزات العملية مثل هندسة الأدوات وسرعة القطع مباشرة في مورفولوجيا رقاقة التشكل ، وقوى القطع ، وأبعاد المنتج النهائي وحياة الأداة. العديد من المحققينوقد طورت الآن نماذج تحليلية وعددية للحصول على فهم أفضل للعمليات التي تنطوي على تشوه مع سلالات كبيرة ومعدلات إجهاد ودرجات حرارة. من خلال محاكاة العناصر النيلية ، يمكن للمرء الحصول عليهاالكميات المختلفة المحسوبة عدديا مثل التوزيع المكاني للضغوط ، الإجهاد ، درجات الحرارة ، لكن المشكلة الرئيسية لتلك المحاكاة هي أنه يجب علينا إدخال فيزياء العملية من خلال دقة عاليةقوانين التأسيس والاتصال. المشكلة الثانية التي تواجهها عادة ترتبط بالحركيات في العملية ؛ تعتمد النماذج الرقمية الحالية عادة على صيغ Lagrangian أو Eulerian المحدثة. في نموذج Lagrangian ، والتشوهات الحادة لعنصر النيتة a تشكل الحل العددي للمشكلة ؛ بالإضافة إلى ذلك ، يجب إدخال معيار الفصل لفصل الرقاقة عن قطعة الشغل. هذا واحد يمكن أن يكون إما هندسية بحتة[1] أو واحد طبيعي [2]. يمكن الجمع بين الاثنين معا [3]. يعطي استخدام أسلوب Eulerian الفرصة لتجنب التشوهات الشديدة في الشبكة ، لكن المشكلة هنا هي أنه يجب تحديد حدود ورقاقة الشريحة.سابقا.

  ظهرت النماذج الرقمية لأول مرة في بداية السبعينيات في حالة تقييد التقطيع المتعامد ؛ تم تطوير نماذج Eulerian منذ عام 1980 [4،5]. كما تم تطوير العديد من نماذج Lagrangian [6،7] للمحاكاةقطع المعادن. بشكل عام ، توفر هذه النماذج معلومات حول الإجهاد وحقول الإجهاد ومناطق القص ودرجة الحرارة عندما يشتمل النموذج على اقتران ميكانيكي حراري. في عام 1985 ، قدمت Strenkowski وكارول [8] أالنموذج الحراري الميكانيكي الذي يتنبأ بالضغوط المتبقية في الشغل ، مثل Shih et al. [1] في عام 1990. وقد درس لين وعموم [9] ، في عام 1993 ، قوى الأدوات ومقارنة مع التجربة. سيخون وشينوت [2] في عام 1993 ، كما أظهرت أداةالقوات وتؤكد التوزيع. مؤلفون مشهورون آخرون مثل Marusich and Ortiz [10] و Obikawa et al. [3] طورت نماذج حالة غير مستقرة تطبق على قطع المعادن. الاختلاف في هذا النوع من النماذج هو تحديد الطريقةالسماح لفصل العنصر والعقدة وبالتالي تشكيل الرقاقة. كل هذه النماذج تستخدم معيارًا لتحقيق هذه العملية. في كثير من الأحيان ، يستند معيار الفصل هذا ، والمسمى عمومًا "معيار الرقاقة" ، إلى طاقة الإجهادكثافة. يتم استخدام قيمة المسافة الحرجة بواسطة Shih et al. [1] ، بين طرف أداة القطع والنقطة العقدية الموجودة على الفور. Obikawa et al. [3] قدمت نموذجًا بمعيار مزدوج استنادًا إلى القيمةمن سلالة بلاستيكية حرجة ومعيار هندسي ، وبالتالي فإنها تحاكي تشكيل رقاقة مجزأة. استخدم سيخون وشينوت [2] معيار السلالة البلاستيكية. كل هذه المعايير بشكل عام تعسفية ومعروضة على خط عقديالمقابلة لمسار رأس الأداة. معظمهم يعطي نتائج جيدة قريبة من سلوك القطع الحقيقي. ومع ذلك ، فإن استخدام هذا النوع من معيار الرقاقات هو تعسفي ويتم تطبيقه بشكل عام في منطقة محلية حيث يكون الاتصالسوف يحدث. بدلاً من استخدام أحد معايير الفصل المذكورة أعلاه ، سيتم استخدام قانون الضرر ، مثل قانون السلوك المادي ، في نموذجنا لتمثيل الواقع بشكل أفضل.

  في هذا البحث ، نقدم نموذجًا ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد للعنصر المعدني غير المستقر. هذه النماذج قادرة على محاكاة تشكيل الرقائق المستمرة والمتقطعة أثناء العملية ، اعتماداً على ذلكعلى المواد تشكيله. تؤخذ في الحسبان البيانات الديناميكية والاقتران الحراري الميكانيكي وقانون الضرر التأسيسي والاحتكاك في الاتصال. تؤخذ الإجهاد الناتج كدالة من السلالة ، ومعدل الإجهاد ودرجة الحرارة. اليسمح القانون التأسيسي المعتمد هنا بالعمليات المحاسبية المتقدمة لاختراق الأدوات وتشكيل الرقائق. تظهر حالات الإجهاد ودرجة الحرارة وتشكيل الرقائق وقوة الأدوات في المراحل المختلفة لعملية القطع. أخيرا نحنتقديم محاكاة ثلاثية الأبعاد لعملية طحن ؛ يمثل امتدادًا للنموذج الذي تم تحديده من قبل.

  وقد تم بالفعل معالجة حالة القطع المعدنية المتعامدة ثلاثية الأبعاد في الأدبيات منذ بداية التسعينيات ، ولا سيما من قبل لين ولين [11] في عام 1999. أول محاكاة مائلة ثلاثية الأبعاد.

قوانين الحفظ في وصف ALE

  تم تقديم النماذج من قبل Maekawa et al. [12] في عام 1990 ، Ueda و Manabe [13] في عام 1993 و Pantal’e [14] في عام 1996. في النموذج المعروض نستخدم قانون الضرر المستخدم مسبقًا من قبل ، والذي يوفر محاكاة مثيرة للاهتمام.

  يؤدي التشكيل المستمر والمجزأ للشرائح إلى تشوهات ومشاكل كبيرة في الشبكة مرتبطة بضرورة استخدام معيار فصل لتقليل المشاكل العددية لهذه المحاكاة. تعسفي Lagrangian Eulerianصياغة (ALE) ، وتستخدم بالفعل من قبل Rakotomalal وآخرون. [15] ، Pantal’e [14] و Joyot et al. [16] ، وقد اعتمد في هذا العمل. وقد استخدم Olovsson وآخرون منهج ALE في الآونة الأخيرة. [17] في عنصر two nite ثنائي الأبعادنموذج من القطع المعدنية المتعامدة. يجمع هذا الأسلوب بين مزايا التمثيل الأوليري واللاغرانج في وصف واحد ، ويتم استغلاله لتقليل تشوهات الشبكة.

تقديس العناصر المحدودة

  الوصف Lagrangian Eulerian التعسفي هو امتداد لكل من Lagrangian الكلاسيكية و Eulerian. نقاط الشبكة غير مقيدة بالبقاء في الفضاء (كما في وصف Eulerian) أو إلىالتحرك مع نقاط المادية (كما هو الحال في وصف Lagrangian) ، ولكن لديك الحركة الخاصة التي تنظم المعادلات. في مثل هذا الوصف ، يتم تمثيل نقاط المادة بواسطة مجموعة من إحداثيات لاغرانج X ~ ، النقاط المكانية مع مجموعة من الأيوليرينإحداثيات ~ x ونقاط مرجعية (نقاط الشبكة) مع مجموعة من الإحداثيات العشوائية ~ n كما هو موضح في الشكل 1.

  في الوقت t ، تكون النقطة المكانية ~ x في نفس الوقت صورة لنقطة المادة X ~ بواسطة حركة المادة ، وصورة نقطة مرجعية ~ n بحركة الشبكة. يتم الحصول على سرعة المادة ~ v من الجزيئات باستخدام الكلاسيكيةالمادة المشتقة ، في حين يتم الحصول على سرعة الشبكة ~ v بعد إدخال مشتق mixed مختلط (انظر Pantal'e et al. [18] لمزيد من التفاصيل) والتي يجب أن تفسر على أنها اختلاف '' الوقت '' كميةلنقطة شبكة معينة.

  وتحسب جميع الكميات الفيزيائية في النقاط المكانية ~ س في الوقت ر. يجب التعبير عن جميع قوانين الحفظ مع مراعاة حركة الشبكة.

  سنستخدم قوانين الحفظ بشكل مماثل تقريبًا لتوصيفات Eulerian. وفقا لمشغل التدرج ، يمكن إعادة كتابة جميع قوانين الحفظ الأوليرية (الكتلة والزخم والطاقة) وفقا لوصف ALE كماالتالية:حيث q الكثافة الجماهيرية، ~ و هي القوى الجسم، ص هو الضغط موتر كوشي، والبريد هو فاي SPECI ج الطاقة الداخلية، D هو موتر معدل الضغط، ص هو الجيل حرارة الجسم و~ ف هو الحرارة فلوريدا UX النواقل. في هذا الوصف ، فإنيمكن اعتبار نموذج ALE كطريقة إعادة التقسيم التلقائي والمستمر.

التقسيم المكاني

  في تقريب عنصر nite ، فإننا لا نجري جميع المتغيرات التابعة كدالات لإحداثيات العنصر. ينقسم مجال ALE إلى عناصر و بالنسبة للعنصر e ، يتم إعطاء إحداثيات ALE بواسطة n n nI NI حيث N هي الشكل الهندسي.وظائف شكل العنصر e. في ضوء التقسيم المكاني للكتلة ، فإن معادلات القوة الدافعة والطاقة (2) - (4) بواسطة طريقة عنصر nite ، يتم الحصول على صيغة متغيرة كلاسيكية Rx. توظيف نظرية الاختلاف ، والأشكال المتباينة المرتبطة بهذه المعادلات ، و ، باستخدام نهج Galerkin ، واحد الحصول على المعادلات discretized المقابلة حيث M q ، Mv ، Me هي مصفوفات الكتلة المعممة للمتغيرات المقابلة في (5) -(7) ، على التوالي ؛ Lq ، Lv ، Le هي المصفوفات الحمل الحراري العام. KQ هو مصفوفة الكثافة للكثافة ؛ و كثافة العمليات هو ناقل القوة الداخلية. f ext هو ناقل الحمل الخارجي ؛ r هو متجه مصدر الطاقة العام. كعلى سبيل المثال ، نقدم هنا ، بعد التعبير عن تلك المصفوفات وناقلات لمعادلة الزخم.

  أين هي وظائف الشكل ودالات الشكل اختبار للسرعة ، هو ناقل القوة الجسم ، هو الجر على ناقلات السطح (بما في ذلك قوات الاتصال). متجهات القوة الداخلية والخارجية متطابقة مع تلكصيغة Lagrangian المحدثة فيما عدا أنه يتم التعبير عنها من حيث وظائف شكل الاختبار. مصفوفة الكتلة ليست ثابتة في الوقت المناسب منذ كثافة المجال وتختلف مع مرور الوقت. هذا واحد لذلك يجب أن تحسب لفي كل خطوة من المراحل الزمنية. تم استخدام أربع نقاط رباعية للعناصر الرباعية ذات مخطط تكامل منخفض لتقليل المشكلة في المحاكاة ثنائية الأبعاد بينما تستخدم 8 عناصر من الطوب مع نظام تكامل منخفض في3D.

  تحليل ديناميكي صريح

  في هذا العمل ، يقدم منهج ALE مصطلحات مبوبة في المعادلات المحافظة لحساب الحركة الشبكية والمادة المستقلة. هناك طريقتان أساسيتان لحل هذه المعادلات المعدلة: حل نظام غير متماثلالمعادلات مباشرة ، أو فصل الحركة Lagrangian (المواد) من الحركة الشبكية الإضافية باستخدام تقسيم المشغل. علاوة على ذلك ، فإن هذه التقنية مناسبة في بيئة متقاربة لأن الزيادات الصغيرة بالوقت تحد من المقدارمن الحركة داخل زيادة واحدة. لخطوة زمنية ، يتم تقديم الحل وفقا للإجراءات التالية.

  يتم تنفيذ خطوة لاغرانج. يتم حساب عمليات النزوح باستخدام نظام الدمج الواضح الموضح سابقًا ، ويتم تحديث جميع المتغيرات الداخلية.

  ثم يتم تنفيذ خطوة الحركة شبكة لتحريك العقد من أجل صتشويه عنصر educe. وبالتالي يتم نقل جميع متغيرات الحالات في جزء advection من الإجراء. لن نقدم المزيد من الخطوات اللاغرانية الكلاسيكية ولكن ستركز على الحركة الشبكية وخطوات التقارب الضروريةوفقا لوصف ALE. إجراء تحديث شبكة.

  بعد خطوة Lagrangian ، يتم استخدام إجراء تحديث شبكة لتحريك العقد الشبكية وفقا لخوارزميات مختلفة. يعتمد إجراء اقتراح العقدة على ثلاثة خوارزميات ، وتمهيد الحجم ، وتنعيم Laplacian ،تجانس متساوي الجهد. لاختيار طريقة لاستخدام أو دمج أساليب التجانس ، يجب على المستخدم تحديد عامل ترجيح لكل طريقة في النطاق [0،1]. يجب أن يكون مجموع هذه العوامل الثلاثة عادةً 1.0. اليتم تطبيق طرق التجانس على كل عقدة من نطاق ALE لتحديد الموقع الجديد للعقدة بناءً على موقع العقد أو العناصر المحيطة.

  وفقاً لعملية تجانس الحجم ، يتم نقل كل عقدة من خلال حساب متوسط ​​حجم مرجح لمراكز العناصر في العناصر المحيطة بالعقدة المذكورة كما هو موضح في الشكل 2.

  ينقل التمليس Laplacian عقدة عن طريق حساب متوسط ​​موضع كل من العقد المجاورة المتصلة بواسطة حافة عنصر إلى العقدة المعنية. في الشكل 2 ، يحدد الموقع الجديد للعقدة M بواسطةمتوسط ​​موضع العقد الأربعة متصلاً بالعقدة M حسب حواف العنصر. سيؤدي ذلك إلى سحب العقدة M لليمين لتقليل تشوه العنصر. هذه هي خوارزمية أقل تكلفة تستخدم عادة في معالجات ما قبل الشبكة. لمنخفضة إلى معتدلةنطاقات شبكة مشوهة ، نتائج تجانس Laplacian يشبه تجانس حجم.

  التجانس المتساوي هو طريقة متوسط ​​مرجح عالية الترتيب تقوم بنقل عقدة من مواضع العقد المجاورة الأقرب للعقدة في بعدين أو ثمانية عشر أقرب عقد جوار.

التين. 2. نقل العقدة.

في ثلاثة أبعاد. في الشكل 2 ، يستند موضع العقدة M إلى موضع جميع العقد المحيطة Li و Ei. هذا واحد معقد إلى حد ما ويقوم على حل معادلة لابلاس. هذا واحد يميل إلى تقليل المحليةانحناء الخطوط التي تعمل عبر شبكة عبر عدة عناصر.

خطوة التأخير

  يجب أن يتم نقل العناصر ومتغيرات المواد من الشبكة القديمة إلى الشبكة الجديدة في كل خطوة تأجيل. وقد تم تطوير الغالبية العظمى من الخوارزميات المستخدمة في مثل هذه الحالة في الأصل من قبل مجتمع الميكانيكا المعاونة[20]. الطريقة المستخدمة في هذا العمل للتقريب للعنصرالمتغيرات هي ما يسمى طريقة من الدرجة الثانية على أساس عمل فان لير [21]. متغير عنصر / يتم تغييره من الشبكة القديمة (في لحظة n) إلى الشبكة الجديدة (في لحظة n þ 1) بواسطة تحديد أولالتوزيع الخطي للمتغير / في كل عنصر قديم. يجب أن تضمن عملية رسم الخرائط الحفاظ على متغير الحالة أثناء الحركة الشبكية. لذلك ، يجب أن يظل كل متغير حالة بدون تغيير أثناء خطوة التقريب.تم وصف هذه الطريقة في القسم التالي ، ولكن لأسباب تتعلق بالوضوح ، نقدمها هنا لبُعد واحد.

  باستخدام تدوين nite nitence ، المعادل. (17) يتم حلها عن طريق نظام الريح التالي:

  أين هو متوسط ​​القيمة في اللحظة n خلال فاصل زمني خطي غير ثابتbution يعتمد هذا التوزيع الخطي للعنصر الأوسط على قيم العنصرين المجاورين. لإنشاء هذا التوزيع الخطي:

  يتم إنشاء استيفاء تربيعي من القيم الثابتة لنقاط التكامل للعنصر الأوسط والعناصر المجاورة له.

  تم العثور على توزيع خطي تجريبي عن طريق دمج الدالة التربيعية في "الميل" عندنقطة التكامل للعنصر الأوسط.

  ثم يتم تحديد التوزيع الخطي التجريبي للعنصر الأوسط من خلال تقليل ميله حتى يصبح الحد الأدنى والحد الأقصى في نطاق القيم الثابتة الأصلية في العناصر المجاورة. هذه العملية إعادةمن أجل أن يكون التقريب الأفقي رتيباً

  بمجرد تحديد التوزيعات الخطية المحدودة لجميع عناصر الشبكة القديمة ، يتم تقييم هذه التوزيعات على كل عنصر جديد.

  فيما يتعلق بمعادلة الزخم ، تُحسب السرعات العقدية على الشبكة الجديدة من خلال الزخم الأول ، ثم تستخدم التوزيع الشامل على الشبكة الجديدة لحساب سرعة السرعة. يستخدم طريقة التحول نصف مؤشر [22] لadvecting معادلة الزخم.

  القوانين التأسيسية والاتصال

 القانون التأسيسي المادي

  يستخدم الشكل الأصلي لقانون مادة جونسون كوك [23] في عمليات المحاكاة المقدمة في هذه الورقة. هذه العلاقة يتم تبنيها بشكل متكرر لمشاكل ديناميكية مع معدلات عالية من الإجهاد ودرجات الحرارة. على افتراض فونمعيار معيار نوع Mises وقاعدة تقسية السلالة المتناحية ، ويعطى حد الغلة من حيث هو سلالة البلاستيك يعادل ، EP معدل إجهاد ما يعادل من البلاستيك ، T درجة الحرارة ، و A ، B ، C ، هي المعلمات المادية.

  لتحديد هذه المعلمات المادية قمنا بتطوير اختبارات تجريبية محددة مقترنة بنماذج رقمية. استخدمنا في تطبيقنا "اختبار تأثير تايلور التناظري" التقليدي ، حيث يكون الهدف والقذيفةمطابق. عادةً ما تحافظ النهاية المتأثرة على كمية كبيرة من تشوه البلاستيك وقد تم استخدام الشكل الخارجي لتقدير خصائص المواد الديناميكية للقذيفة.

  يتم إجراء التجارب باستخدام مرفق مسدس الغاز المضغوط الموضح في الجانب الأيسر في الشكل 3. وتتراوح سرعة التصادم من 100 إلى 350 متر / ثانية ، وتكون العينات في البداية 10 ملم وقطرها 28 مم.

  يعتمد التقييم على المقارنة بين الأشكال المشوهة والمقطورة من الناحية التجريبية. يتم قياس الشكل التجريبي المشوه باستخدام جهاز تصوير الماكرو. مقارنات بين هذه العملية ومعيار قياسيوقد أدى الجهاز الأبعاد إلى خطأ نسبي أقل من 0.5 ٪ ، وتوفير دقة من 0.01 ملم.

  يستخدم النموذج الرقمي الذي يتم تنفيذه باستخدام كود عنصر Abaqus / Explicit [24] nite ، أربعة عقدة ، عناصر صلبة محورية متماثلة مع تكامل منخفض. يبين الجانب الأيمن في الشكل 3 الشبكة الأولية ومثالًا على الخطوة التالية.

  من أجل تحديد الهوية ، نستخدم إجراءً يستند إلى مزيج من مونت كارلو (للبحث الخشن) وخوارزمية ليفنبرغ-ماركوارت (من أجل البحث المعاد البحث) [25]. الردود التجريبية تتعلق بالطول الطبيعي ، ودائرة نصف قطرها من نهاية مشوهة ، وعدد قليل من نصف قطر أخرى متوسطة اعتمادا على اختيار المستخدم. تقدم الوظيفة الموضوعية التي سيتم تصغيرها بواسطة إجراء التحسين النموذج التالي

حيث m هو العدد الإجمالي للاستجابات ، rEF هو متجه لاستجابات المحاكاة ، و rEXP هو متجه الاستجابة التجريبية و wr هو متجه أوزان الردود. تم تنفيذ هذه الخوارزمية باستخدام C ++لغة ، وتستخدم بايثون مخطوطة لتوجيه رمز Abaqus / صريح. تم تطبيق هذا الإجراء على فولاذ 42CrMo4. يتم الإبلاغ عن النتائج في الجدول 1.

  قانون الضرر

  إن استخدام قانون الضرر ضروري لمحاكاة القطع المعدني غير المستقر. كما ذكرنا أعلاه ، قررنا عدم تضمين معيار فصل عشوائي بسيط للرقائق ؛ قانون الضرر اعتمادا على الخصائص المادية يمثل أطريقة افضل.

  طور جونسون وكوك قانونًا للأضرار [26] يأخذ في الاعتبار الإجهاد والسلالة ودرجة الحرارة والضغط. الأصالة هي أن هذا القانون قد تم تحديده من اختبارات الشد والالتواء. يتم احتساب الضرر لكلعنصر ويتم تحديده من حيث هو زيادة سلالة من البلاستيك يعادل خلال خطوة التكامل ، و epf هو سلالة مكافئة للكسر ، في ظل الظروف الحالية. يسمح بعد ذلك حدوث الكسر عند D ¼ 1: 0 وتتم إزالة العناصر المعنية من الحساب. في الواقع ، لا تزال موجودة ، من أجل الحفاظ على عدد العقد والعناصر والوصلات بين العقد ثابتة (مهمة لبساطة خوارزمية ALE) ، ولكنيتم تعيين الضغط deviatoric من العنصر المطابق إلى الصفر ويبقى صفر لبقية التحليل.

  يتم تحديد ثوابت معيار كسر جونسون كوك (D1 و D2 و D3) من اختبارات الشد [26]. أجريت اختبارات الشد في المختبر الخاص بنا على آلة اختبار الشد مع العينات المحززة ذات نصف القطر المتلازمالتقوسات. كما استخدمت كاميرتان CCD وبرمجيات Aramis 3D [28] لقياس إزاحات النزوح في المنطقة المشققة واستنباط سلالات الإجهاد (انظر الشكلين 4 و 5).

  القياسات التي تم الحصول عليها ، بعد اختبار الشد من كل عينة ، تمكن من تحديد سلالة بلاستيكية مماثلة في تمزق. يتم عرض أزواج القيم التي تم الحصول عليها في الرسم البياني ، (انظر الجانب الأيمن في الشكل 5). المادةيتم الحصول على المعلمات Di باستخدام نفس الإجراء كما في القانون التأسيسي. يتم تحديد D4 و D5 من خلال اختبارات الشد والالتواء. يتم الإبلاغ عن القيم المستخدمة للفولاذ 42CrMo4 في الجدول 2.

  سيتم الآن استخدام هذه المعلمات المادية لمحاكاة القطع المعدنية.

قانون الاتصال

  في عملية القطع المعدنية ، بسبب الإجهادات العالية ، معدلات الإجهاد المرتفعة ودرجات الحرارة العالية ، تبدد قوة ميكانيكية عالية في واجهة أداة القطع مما يؤدي إلى العديد من التعديلات الهيكلية للقطع المتصلة.

  ولذلك ، يبين شيه ويانغ [29] أنه لا يوجد قانون اتصال عالمي يمكن أن يتنبأ بقوى احتكاك بين مجموعة واسعة من شروط القطع. ويبين تشايلدز ومايكاوا [6] أن العصا ومناطق الانزلاق على طول منطقة ما بين الوجهبين الشريحة والأداة تعتمد على ظروف القطع والضغط ودرجة الحرارة ، وما إلى ذلك

  في نموذجنا ، يفترض قانون الاحتكاك الكلاسيكي Coulomb أن يقوم بتشكيل شرائح الأداة والأجزاء المتصلة بأداة الشغل.

  النتائج العددية والتحقق

  في حين أن القطع المعدني هو أحد أكثر العمليات المتواترة في التصنيع اليوم ، إلا أن نموذج التنبؤية العام لعملية القطع غير متوفر بعد. والسبب هو أن الظواهر الفيزيائية المرتبطة بهذه العملية شديدة للغايةمجمع: الاحتكاك ، عصابات القص ثابتة ، أسطح حرة ، تدفئة ، سلالات كبيرة ومعدلات إجهاد.

  يحاول نموذج تشكيل الشريحة غير الثابتة هنا أن تأخذ في الاعتبار معظم هذه الظواهر الفيزيائية. تعتبر الأداة جامدة. معلمات القطع (سرعة القطع Vc ، عمق القطع S ، عرض القطع W) لـوترد عملية التحول في الشكل 6 أ في الجدول 3. وهذه القيم الحقيقية المقابلة لعملية المادية.

  ستسمح قيم المعلمات هذه بإجراء مقارنات تجريبية [16] ومعدلات رقمية [14]. يبلغ طول قطعة الشغل في المحاكاة العددية 10 مم ، وارتفاعها 5 ملم وسمكها 2 مم (وهذا مهم لمقارنات القوات المقطوعةبالإضافة إلى ذلك). أداة القطع الصلبة (انظر الشكل 6B) لديه زاوية أشعل النار تساوي 5.7 درجة كما له زاوية فلوريدا عنخ ودائرة نصف قطرها من حافة القطع يساوي 0.1 ملم. يفترض أن تكون درجة الحرارة الأولية للشغل هي 300 K. قطعة العمل هيin في الفضاء إلى قاعدته ، ونحن فقط نقل الأداة. وعلاوة على ذلك ، سوف نشير إلى نطاقات القص الأولى والثانية (انظر الشكل 6 ج) لترجمة هذه المناطق.

الشكل 6. وصف عملية القطع. (أ) عملية الدوران ، (ب) وصف الأداة و (ج) نطاقات القص الأولية والثانوية.

  تم تشغيل جميع الحسابات العددية في هذا العمل مع Abaqus v. 5.8 على محطة عمل Hewlett-Packard J6000 مع 1 غيغابايت من التخزين الأساسي تحت HP.UX 11.0. التفاصيل المتعلقة بأحجام النماذج الرقمية ، ومدة الحسابمزيد من إعطاء لكل المثال. تم إجراء العديد من الاختبارات الأخرى لهذا العمل ، ونحن نقدم ثلاثة اختبارات رئيسية فقط.

  نتائج نموذج ثنائي الأبعاد

  يتعلق المثال العددي الأول بعملية ما يسمى بالتدوير العابر المتعامد (Kr ¼ 90 °). يتكون النموذج العددي من 5149 عقدة و 5006 عناصر سلالة الطائرة.

تظهر المحاكاة اختراق الأداة وتشكيل الشريحة المستمرة. يوضح الشكل 7 حالات الإجهاد التي تسببها الخلايا في مراحل مختلفة من المحاكاة ومثالًا على درجة الحرارة. قوة القطع ، خلال المحاكاة ،وأخيرًا ، فقد اخترنا نقطة في وسط نطاق القص الأول للرقاقة للحصول على تطور السلالة البلاستيكية (انظر الشكل 8). هذه النقطة ، التي أجبرت على البقاء على مسافة معينة من طرف الأداة ، تستخدم هناللكشف عن الوقت اللازم للوصول إلى الجزء الثابت من عملية القطع. ينبغي توخي الحذر في الجانب الأيمن من الشكل 8 لأن هذه النقطة مرتبطة بحركة الأداة وليست نقطة مادية. سلالة البلاستيك يزيد بسرعةأثناء تغلغل الأداة في الشغل ، تنخفض القيمة قليلاً وتستقر أثناء العملية.

  توضح هذه المحاكاة اختراق الأداة في قطعة الشغل وتشكيل الشريحة. بالاتفاق مع التجارب [14] ، الرقاقة متواصلة بسبب اختلاف المواد وظروف القطع. وقد ثبت أنالحد الأقصى لقيمة von يحدث الإجهاد Mises على نطاق القص الأساسي [14]. يبين حقل درجة الحرارة القيمة القصوى في منطقة التلامس بين وجه أشعل الأداة والرقاقة ، وذلك بسبب تأثير نطاق القص الثانوي.

  عندما تكون هندسة الشريحة مستقرة ، تصل قوة القطع إلى 1800 N (900 N / mm ، مع تذكر أن سمك قطعة الشغل 2 مم) ؛ في الجدول 4 يتم مقارنة القيم المختلفة مع Joyot وآخرون. [16] و Pantal’e [14] عدديالنتائج ، وكذلك النتائج التجريبية وأكسلي (انظر Pantal’e [14] للنتائج باستخدام نموذج Oxley) نتائج النماذج التحليلية.

التين. 8. تطور قوة القطع (نيوتن) وتطور السلالة البلاستيكية لعنصر في وسط الرقاقة.

  نتائج نموذج مائل ثلاثية الأبعاد

  في هذا القسم ، أدركنا امتدادا للنموذج ثنائي الأبعاد المقدم من قبل لتنفيذ نموذج ثلاثي الأبعاد لقطع المعادن غير المستقرة. نتائج القيم الميكانيكية الحرارية والجوانب كانت أيضاتمت ملاحظتها ، وهي متفقة مع نتائج Pantal’e [14]. أخيرا ، ثلاثي الأبعاد

لقد تم تطوير نموذج مائل غير مستقر ، وهذا هو النموذج الذي سنقدمه هنا. يستخدم هذا النموذج نفس المعلمات الهندسية والقطع مثل النموذج ثنائي الأبعاد الموصوف من قبل ؛ نحن فقط نعطي زاوية ميل من 5° إلى الأداة. قوانين المواد والأضرار هي نفسها ويتم صياغة هذا النموذج في ALE. يتكون النموذج العددي من 25،006 عقدًا و 30،925 عنصرًا من الطوب. ﺗﺷﮐﯾل اﻟﺷراﺋﺢ واﻟﻔوﻧﺳون ﯾﺗم ﺗﻘدﯾم ﺗوزﯾﻌﺎت ﺿﻐط Mises ﻓﻲ اﻟﺷﮐل.9. يعرض الشكل 10 تطور المكون الرئيسي لقوة القطع (الاتجاه 1).

  نتائج قوة القطع تتفق مع نماذج تجريبية و ثنائية الأبعاد (جدول 5). نلاحظ أن زاوية الميل الصغيرة لا تقوم بتعديل القيم المستقرة.

النموذج العددي للطحن

  استخدام معيار الكسر كما هو موضح في المقاطع السابقة يتجنب مشكلة خط كسر سابق. هذا يسمح لنمذجة مسارات أداة معقدة ويحافظ على تشكيل رقاقة مجانا. حالة من

الشكل 10. تطور قوة القطع (المكون 1).

محاكاة الطحن ثلاثي الأبعاد معقدة لدرجة أنه من المستحيل التنبؤ بخطوط عقدة الكسر وأنها تمثل حالة مثيرة للاهتمام لاختبار مثل هذا المعيار.

  تم تصميم عملية الطحن المقدمة في الشكل 11 باستخدام محاكاة ثلاثية الأبعاد.

  تم تصميم جزء فقط من ماكينة طحن الطحن لتقليل عدد العناصر.

  ويبين الشكل 12 الشبكة الأولية والتشكيل الأولي. يتكون النموذج العددي من 32875 عقدة و 30،534 عنصر من الطوب. استغرق المحاكاة الكلية حوالي 5 ساعات وتطلبت 80،000 خطوات واضحة لإكمالها. النتائج هيركز على السندة الثالثة لأداة الطحن المقدمة في الشكل 12. في هذه المحاكاة ، تُنشئ الأسنان الأولى والثانية رقائق تحتوي على أشكال هندسية من تلك التي تولدها جميع الأسنان التالية. السن الثالث والثالثوتتبع الأتباع التالية رقاقات متطابقة لأن العملية تصبح حالة ثابتة ثابتة الدورية. وتظهر نتائج الضغوط على Mises وتشكيل الشريحة في مرحلتين مختلفتين خلال المحاكاة (الشكل 13).

  عندما تخترق سن القاطع الطحن قطعة الشغل ، يكون نطاق القص الأساسي واضحًا (الجانب الأيسر في الشكل 13). في هذا الوقت ، يكون التناغم هو نفسه عند القطع المعدني المتعامد المائل

التين. 11. عملية الطحن ثلاثي الأبعاد.

نموذج. ثم يتم كسر الرقاقة على طول نطاق القص الأساسي بسبب السرعة الدورانية للأداة ويتم حدوث كسر المادة (الجانب الأيمن في الشكل 13). يحدث التمزق بالقرب من طرف الأداة وينتشر على طولنطاق القص الأساسي إلى سطح الشريحة على النقيض من تشكيل الشريحة المستمر حيث ينتشر التمزق على طول خط أمام طرف الأداة. لحظة في وقت لاحق ، يخرج نفس السن من الشغل والسن القادميدخل إلى الجهاز الرقاقة القادمة. آلة سن واحدة فقط هي قطعة العمل في وقت معين أثناء المحاكاة ؛ هذه هي ظاهرة دورية تنتج رقائق مجزأة.

  يجب إجراء المزيد من التحقيقات لفهم كل خطوة من عملية الطحن في دراسة نطاقات القص وقوى القطع.

  استنتاج

  في هذه الورقة قدمنا ​​إجراءات كاملة لمحاكاة عملية القطع. بدءاً من تحديد قوانين التأسيس والضرر الخاصة بالمواد ، تم بناء نموذج رقمي ، يجب أن يكونشدد على أن تشكيل الشريحة ينطوي على السلوك الجوهري للمادة ، ثم يجلب نموذجًا شاملاً لما يسمى بالـ "machinability". التحقيقات الفعلية تتعلق بمحاكاة الطحن التي لهاإن مسار رأس الأداة ليس مستقيماً ، ومحاكاة النشر الذي لا يمكن اعتباره كأداة جامدة.