نموذج عنصر محدود من القطع المعدنية عالية السرعة مع القص adiabatic （3）

عملية تشكيل الرقائق

يوضح الشكل 13 تاريخ تشكيل الرقاقة للمحاكاة المنتجة مع تقنية التشوه. متغير الكفاف هو السلالة البلاستيكية المكافئة ، مقطوعة بحد أقصى 3. (مؤامرة من درجة الحرارة على غرار هذا ، حيث أن الموصلية الحرارية صغيرة.) كانت ظروف القطع هي نفسها كما في الشكل 12.

يختلف شكل الجزء الأول وشريط القص عن الشكل التالي. يُظهر شريط قص قويًا ، في حين أن نطاقات القص الأخيرة يتم تقسيمها قليلاً فقط على جانب الأداة. انحناء هذا أولا الجزء أقوى بكثير ، بحيث يتصل بالمواد غير المقطوعة. تتشابه الأجزاء الأخيرة إلى حد كبير مع بعضها البعض ، مع وجود مسافة ثابتة بين الأجزاء ودرجة مماثلة من التجزئة. الفرق بين الأول و يرجع الأجزاء التالية إلى اختلاف الهندسة بين المادة غير المقطوعة في البداية والمواد مع شريط القص.

يختلف تشوه الرقائق المنتجة تجريبياً عن المحاكاة في جانبين: درجة التجزئة أقوى في التجربة (هذا يرجع جزئيًا إلى كثافة الشبكة ، انظر أعلاه) والمسافة بينهما نطاقات القص أكبر أيضًا (انظر الشكل 9 للمقارنة). هذا أمر محتمل بشكل رئيسي بسبب الفرق في زاوية أشعل النار. الأخطاء في تدفق البلاستيك

الشكل 13. تطوير رقاقة مجزأة. يظهر هو السلالة البلاستيكية المكافئة كمخطط محيط. يتم اختيار المقياس بحيث يشير أحلك اللون 50 مللي ثانية ، زاوية أشعل النار 10 °. قد تلعب المنحنيات أيضًا دورًا ، ولكن لا يمكن تحديد هذا في الوقت الحالي. إن انحناء الرقائق ليس أيضًا في اتفاق وثيق ، حيث أن الرقائق المحاكاة منحنية بقوة أكبر.

المواد بين نطاقات القص مشوهة فقط. التشوه أقوى على جانب الأداة من الشريحة لأسباب هندسية. هذا صحيح في المحاكاة والتجربة. تشوه صغير للمناطق بين نطاقات القص يؤدي إلى زيادة درجة حرارة صغيرة ؛ في المحاكاة ، يصل الحد الأقصى لدرجة الحرارة في نطاقات القص إلى 800 درجة مئوية أو أكثر ، في حين أن المناطق الأقل تشوهًا تكون في درجات حرارة تقل عن 150 درجة مئوية. نظرًا لانخفاض توصيل الحرارة للمادة ، فإن هذه الاختلافات لا تخرج حتى في المحاكاة مرات النظر.

يوضح الشكل 14 دراسة مفصلة لتشكيل نطاق قص واحد. من هذا ، يمكن تمييز عدة خطوات من عملية تكوين نطاق القص:

تشوه بلاستيكي طفيف في المنطقة بأكملها أمام طرف الأداة ، والانحناء الصعودي لمؤخر المادة.

تتشكل منطقة التشوه أمام طرف الأداة.

تبدأ منطقة صغيرة في الجزء الخلفي من الشغل في التشويه بلاستيكي.

تنضم منطقتي التشوه وتوطين تشوه البلاستيك.

مقصات الجزء بقوة على طول شريط القص.

قد تتشكل منطقة القص الثانية مما يؤدي إلى شريط القص المنفقي المنحني لأسفل.

يمكن ملاحظة من المحاكاة أن شريط القص لا يبدأ ببساطة في التكوين أمام طرف الأداة ثم يمتد في جميع أنحاء الشريحة. بدلاً من ذلك ، تتشكل منطقة التشوه الثانية أولاً على الخلفية ، وفقط بعد ذلك تنضم المنطقتين. 6 إذا كان القص على السطح يحفز الشقوق ، فقد يؤدي ذلك إلى تكوين الكراك في مراحل مبكرة جدًا من عملية توجيه Seg. هذا ، ومع ذلك ، لا يمكن الانتهاء من المحاكاة الحالية.

أحد الجوانب الأخرى المثيرة للاهتمام هو تكوين نطاقات القص المنقسمة. ينحني نطاق القص لأعلى مع تقدم نصيحة الأداة وتشكيل منطقة تشوه جديدة أمام طرف الأداة ، مما يؤدي إلى شريط القص الثاني الذي ينضم إلى أول. بمجرد أن يكون نطاق القص الثاني ، يركز التشوه في هذه المنطقة ، ولم يعد النصف العلوي من نطاق القص غير متكافئ بعد الآن. يمكن ملاحظة ذلك من معدل التشوه ، الذي يصبح صغيرًا في النصف العلوي من شريط القص وكبير في الجزء السفلي بمجرد حدوث الانقسام.

يبدو أن شريط القص المقسم هذا لا يكون قطعة أثرية محاكاة ، على الرغم من أن شكله المفصل يتأثر بآلية الفصل (انظر الشكل 12). وقد لوحظت نطاقات القص المماثلة في محاكاة أخرى (انظر [19] ، الشكل 9) وقد تم العثور عليها أيضا تجريبيا (انظر الشكل 15).

يمكن فهم سبب محتمل لحدوث نطاقات القص هذه من الشكل 16. يتشكل نطاق القص في البداية كخط مستقيم تقريبًا ، كما هو موضح في الشكل 16 (يسار). مع تقدم الأداة ، منطقة المواد A مباشرة في المقدمة يجب إزالة نصيحة الأداة وتحت نطاق القص. أحد احتمالات ذلك هو منحنى فرقة القص بقوة لأعلى بينما تتقدم الأداة ، 7 بحيث تتحرك المواد المراد إزالتها إلى اليسار والأعلى. ومع ذلك ، فإن هذا سيتطلب تشوهًا قويًا للبلاستيك في المنطقة S2 يسار نطاق القص ، حيث لا تزال درجة الحرارة صغيرة والطاقة المطلوبة للتشوه وفقًا لذلك ، وكذلك بعض التشوهات في الجزء الذي تم تشكيله بالفعل S1. إذا كانت مجموعة القص المنقسمة تتشكل بدلاً من ذلك من المنطقة "أ" ، فيمكن تحريك هذه المنطقة عن طريق القص على طول نطاق القص ، وهو أمر أسهل بكثير. هذا يسبب كل من الشريحة التي تم تشكيلها بالفعل (S1) للتحرك على طول منطقة القص أيضًا ، ومع منحني شريط القص ، تصبح الشريحة منحنية أيضًا. وبالتالي فإن المنطقة "أ" أمام نصيحة الأداة تغير دورها: في البداية تنتمي إلى التشكيل حديثًا الجزء S2 ، ولكن بمجرد أن يتولى شريط القص الثاني ، فإنه ينتمي إلى الجزء الحركي S1 الذي تم تشكيله بالفعل. لا تزال القيود الهندسية تتطلب بعض التشوهات الصغيرة في هذه المنطقة ، ولكن المادة اليسرى من شريط القص فقط يجب أن تشوه قليلا من أجل استيعاب الانحناء (الصغير) من شريط القص.

إن تشكيل نطاق القص المنقسمة ليس بالطبع ظاهرة هندسية بحتة: تشوه مستمر في المنطقة A في الشكل يمكن أن يسبب تأثيرًا مشابهًا دون توطين قوي. ما إذا كان التشوه في هذه المنطقة يعتمد المركزات في نطاق القص الثاني على منحنيات التدفق وميل التشوه إلى التوطين.

تُظهر مقارنة بين أشرطة القص المقسمة المحاكاة والمحاكاة أن شكلها يختلف: أشرطة القص التجريبية المنحنية في الاتجاه المعاكس من النماذج المحاكاة. لا يمكن أن يكون هذا الاختلاف بعد أوضح ، ولكن تأثير الاحتكاك ، والحرارة من الأداة ، وزوايا أشعل النار المختلفة قد تلعب دورًا في هذا.

يوضح الشكل 17 قوة القطع المحسوبة لمحاكاة الشكل 13. كما هو متوقع ، التذبذبات القوية من 7 ملاحظة أن الاحتكاك قد تم إهماله في هذه المحاكاة ، بحيث لا يمكن أن يكون سبب انحناء نطاق القص. من المحتمل أن إن إدراج الاحتكاك من شأنه أن يدمر جزئيًا على الأقل نطاقات القص المنقسمة من خلال التشوه القوي لجانب الأداة من الشريحة.

الشكل 14. تفاصيل تشكيل نطاق القص الثاني لنفس المحاكاة كما في الشكل 13. يظهر السلالة البلاستيكية المكافئة مثل مؤامرة كفاف. يتم اختيار المقياس بحيث يشير اللون الأكثر حلمًا إلى جميع القيم أكبر من 2.

الوقت بين صورتين متتاليتين هو 50 ns. الخط الأفقي هو سطح التلامس الإضافي لتجنب تغلغل الشريحة في الشغل غير المصقول.

تحدث القوة ، مع قيمة مطلقة عالية للقوة عندما لا يتم تركيز التشوه وقيمة أقل في أوقات توطين القص وقص الشريحة على طول نطاقات القص. القيم المطلقة للقوة لا تتفق مع التحقيقات التجريبية ، ولكنها منخفضة للغاية بعامل حوالي 2. هذا في الغالب بسبب عدم اليقين في منحنيات التدفق البلاستيكي وكذلك إلى زوايا أشعل النار المختلفة. من ناحية ، من المحتمل أن يكون انخفاض الإجهاد عند سلالات أكبر من 0.2 في المنحنيات ؛ من ناحية أخرى، ستكون قيم الإجهاد عند معدلات التشوه القصوى أعلى بكثير من تلك الموجودة في

الشكل 15. حدوث نطاقات القص المنقسمة في رقائق المنتجات التي تم إنتاجها تجريبياً: (يسار) شريحة Ti6Al4v (أداة على الجانب الأيمن) ؛ (يمين) شريحة CK 45 (أداة على الجانب الأيسر) تم إنشاؤها مع تجربة توقف سريعة في IEP ، Magdeburg. هذا الرقم تم توفيره من قبل U. Schreppel و P. Veit ، IEP ، Magdeburg.

الشكل 16. مرحلتين خلال تشكيل شريط القص المقسم. يتم أخذ التكوينات من الحالة الرابعة والسابعة الموضحة في الشكل 14. تم تشكيل الجزء S1 بالفعل في الحالة الأولى ، ويبدأ الجزء S2 في التطور. التقدم يجب على الأداة إزالة المنطقة أ. يسمح شريط القص المقسم أمام A بنقل هذه المنطقة إلى الموضع الذي يتميز به B في الشكل الصحيح. الجزء الذي تم تشكيله بالفعل S1 مشوه قليلاً خلال هذه العملية. تقسيم وبالتالي يسمح شريط القص باستيعاب إزالة المواد من المنطقة A دون تشوه قوي إما داخل S1 أو في S2

دراسات حدودية

يسمح نموذج العنصر المحدود بدراسة تأثير معلمات المواد والعملية المختلفة على تشكيل الرقاقة. سيتم عرض مثالين في هذا القسم.

في التجربة الأولى ، تم تغيير الخصائص المرنة للمادة. يمكن القول أن تشكيل نطاقات القص قد يتم تشغيله عن طريق إطلاق الطاقة المرنة المخزنة في المواد المشوهة. يوضح الشكل 18 أن بالفعل تتناقص كثافة الطاقة المرنة بقوة عند تشكيل شريحة رقاقة. ومع ذلك ، فإن القيمة المطلقة لهذه الطاقة صغيرة مقارنة بطاقة تشوه البلاستيك. لدراسة هذا التأثير بشكل أكبر ، كان معامل يونغ للمادة تباين بين57.5 و 575 ميجا باسكال في درجة حرارة الغرفة ، بحيث تتغير الطاقة المرنة المخزنة وفقًا لذلك. 8

تتشابه أنماط التشوه الناتجة عن هذه الحالات الثلاث ، لكن درجة التجزئة تتغير قليلاً ، والتي تتوافق مع تغيير في تردد توجيه SEG. يمكن ملاحظة ذلك من الشكل 19 ، حيث توجد قوة القطع يظهر للحالات الثلاث المختلفة. كلما انخفض المعامل المرن ، زادت درجة وقت التجزئة والتجزئة. التفسير المحتمل هو أن كمية أكبر من الطاقة المرنة المخزنة تخفف من القص أو ذاك يُفضل قص البلاستيك لأن التشوه المرن للمنطقة اليسرى من شريط القص غير مواتٍ بشكل نشط. الاحتمال الآخر هو أن التشوه يركز بقوة أكبر في المادة الأكثر صلابة وبالتالي يزيد تردد التجزئة. تحقيق أكثر تفصيلا 8 لاحظ أن كمية الطاقة المرنة تحدها قوة العائد الثابتة للمادة ، بحيث يكون للمادة ذات المعامل المرنة السفلية طاقة سلالة أعلى إذا كانت المادة تشوه بلاستيك.

الشكل 18. كثافة الطاقة المرنة (في الوحدات MJ/MM3) في الخطوة الزمنية الثانية والرابعة من الشكل 14. يتم اختيار المقياس بحيث يشير اللون الأكثر حلمًا إلى جميع القيم التي تزيد عن 20. تشكيل نطاق القص ، مما يلمح إلى أن إطلاق الطاقة المرنة قد يؤثر على تكوين نطاق القص.

الشكل 19. قوة القطع لثلاثة عمليات محاكاة ذات خصائص مرنة مختلفة. يمكن ملاحظة أن تردد التجزئة يتم تقليله مع زيادة معامل مرنة. معلمات القطع: عمق القطع 40 LM ، وسرعة قطع 50 م/ث ، مجرفة زاوية 10 °.من الضروري فهم تأثير المعامل المرن لفهم هذا السؤال بدقة.

كاختلاف ثانٍ ، تم تخفيض سرعة القطع بعامل يتراوح بين 100 و 0.5 م/ث. في هذه السرعة ، تكون الموصلية الحرارية عالية بما يكفي بحيث لا يوجد تركيز قوي في درجة الحرارة. بسبب أمي ماكسي في التدفق البلاستيكي المنحنيات ، ومع ذلك ، ينبغي توقع حدوث تجزئة الرقائق كما يحدث أيضًا بشكل تجريبي. (كانت هذه الحقيقة جزءًا من سبب استخدام منحنيات التدفق بحد أقصى واضح.) هذا صحيح بالفعل ، ولكن لا يمكن رؤيته إلا في المحاكاة إذا زادت كثافة الشبكة ، كما هو مذكور في القسم 4.2. يشير هذا إلى أن الميل إلى تشكيل رقائق مجزأة أصغر عند سرعة القطع المنخفضة.

الآفاق

تم عرض نموذج عنصر محدود لعملية قطع المعادن باستخدام البرامج القياسية (ABAQUS/Standard). يعتمد النموذج على التقنيات التالية:

استخدام العناصر الرباعية ؛

انتقاد متكرر.

شكل خاص للشبكة الأولية ؛

انتقادات متقطعة للرقائق المجزأة ؛

استخدام اثنين من تقنيتي فصل مختلفة.

تم تطبيق النموذج على القطع المتعامد لسبائك التيتانيوم ، باستخدام منحنيات تدفق البلاستيك على أساس التجربة ، ولكن امتلاك بعض عدم اليقين التجريبي.

كما تم عرض بعض النتائج التي تم إنتاجها مع النموذج. من الممكن تحليل تفاصيل عملية تشكيل الرقاقة. يبدأ تشكيل شريط القص أمام نصيحة الأداة. تشكل منطقة التشوه الثانية على الرقاقة الخلفية ، وينضم المنطقتان. تضيق منطقة تشكيل DE ، حتى يتركز التشوه في نطاق قص صغير جدًا. قد ينقسم شريط القص بعد ذلك ، وهي ظاهرة لوحظت أيضًا في بعض التجارب.

تم تقديم تفسير محتمل لهذا.

بالإضافة إلى ذلك ، تمت دراسة تأثير المعامل المرن وسرعة القطع. يؤثر المعامل المرن على درجة تجزئة الرقائق. مع منحنيات التدفق التي تظهر أقصى قدر من الرقائق متساوي الحرارة ، مجزأة حتى في سرعات القطع المنخفضة ، إذا زادت كثافة الشبكة بشكل مناسب.

كانت الاتفاقية بين رقائق المحاكاة والتجارب المنتجة معقولة بالنظر إلى أوجه عدم اليقين لمعلمات الإدخال. الأهم من ذلك هو أن درجة التجزئة في المحاكاة أصغر منها في التجارب. قد يكون سبب ذلك منحنيات تدفق البلاستيك المستخدمة التي تفضل بشدة توليد نطاقات القص ، بحيث يتم زيادة تواتر التجزئة وانخفضت درجة التجزئة وفقًا لذلك. هذا ممكن تشير إلى أنه يجب إدراج فشل المواد في المحاكاة ، لكن هذا غير واضح بعد.

لأسباب للبساطة ، تم إهمال الاحتكاك والتوصيل الحراري في الأداة في هذه الدراسة. ستشمل التحقيقات المستقبلية هذه العمليات ، وبالتالي ستسمح بدراسة تأثيرها على عملية تشكيل الرقاقة.

يتعلق التحسن اللازم بشكل الأداة ، خاصة في حالة نموذج التشوه الخالص. هنا ، فإن القوة السلبية وتشوه سطح الشغل صغير جدًا ، حيث لا يتم دفع أي مادة تحت الأداة. ال يجب تحسين افتراض أداة حادة بلا حدود واختراق المواد الناتجة في الأداة (انظر الشكل 8) عن طريق إضافة نصف قطر الأداة المحدودة.

أخيرًا ، يمكن إجراء دراسات حدودية من أجل فهم تأثير معلمات المواد المختلفة على عملية تكوين الرقاقة. المتغيرات الأكثر إثارة للاهتمام للتغيير هي منحنيات التدفق البلاستيكي والحرارة خصائص سبيكة التيتانيوم. قد لا تساعد نتائج هذه الدراسات فقط في فهم ما الذي يجعل من الذي يصعب على التيتانيوم قطعه ، ولكن قد يشير أيضًا إلى تحسينات محتملة للسبائك.