نموذج عنصر محدود من قطع المعادن عالية السرعة مع القص adiabatic (2)

تقنية فصل العقدة

كطريقة أولى اخترنا خط فصل محدد مسبقًا. تم استخدام هذه التقنية من قبل العديد من المؤلفين سابقًا ، على سبيل المثال [13،18،22،27].

من المهم التأكد من تحديد المواقع الرأسية الصحيح للخط بالنسبة للأداة. يمكن القيام بذلك عن طريق مقارنة السلالات البلاستيكية في المحاكاة مع السلالات البلاستيكية المقاسة بشكل تجريبي. لهذا يتم استخدام عينة مقسمة ، حيث يتم حقق الشبكة في الأسطح الداخلية. يمكن بعد ذلك قياس تشوه هذه الشبكة بطريقة بصرية ويمكن مقارنتها بقيم المحاكاة.

في المحاكاة ، تكون العقد على طول خط الفصل مقيدة بدرجات متطابقة من الحرية في البداية. إذا تم الوصول إلى مسافة حرجة من طرف الأداة ، يتم فصل العقد. لقد ثبت في [13] أن هذه الطريقة ليس حساسًا جدًا مقابل تفاصيل عملية الحصص SEPA. سيكون من الأفضل أن يكون المعيار الجسدي هو الأفضل ، لكن مثل هذا المعيار غير متوفر في سرعات القطع العالية التي تمت دراستها هنا. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون فصل المواد أكثر ربما تحدث مباشرة أمام طرف الأداة (على الرغم من أنه من الصعب إثبات ذلك) ، بحيث يعكس أي معيار مادي هذه الحقيقة ويؤدي أيضًا إلى فصل مادي قريبًا جدًا من طرف الأداة.

بسبب تقدم الأداة ، قد يتم سد المادة الموجودة أمام طرف الأداة ، بحيث تكمن العقدة التي سيتم فصلها فوق طرف الأداة. إذا حدث هذا ، فإن هذه العقدة ستتصل بسطح أشعل النار للأداة وبعد الفصل من العقد ، كان كلاهما يتحرك لأعلى في اتجاه تدفق الرقاقة ، بدلاً من عقدة واحدة تتحرك أسفل وجه الجناح حسب الضرورة لفصل المواد الصحيح. يمكن أن تحدث مشكلة مماثلة مع عقدة الشريحة بعد الانفصال: إذا هذه العقدة قريبة جدًا من طرف الأداة ، يتم توجيه القوة الناتجة على هذه العقدة لأسفل ، بحيث لا تتحرك العقدة في اتجاه تدفق الرقاقة (انظر الشكل 7 (أ)). في هذه الحالة ، تشوه الشبكة محليًا و تقارب التكرار أمر صعب.

يمكن تخفيف هذه المشكلة إذا تم إدخال سطحيين سعة Con المساعدين كما هو موضح في الشكل 7 (ب). هذه الأسطح تنقل العقد على الأداة. نظرًا لأنها تؤثر فقط على منطقة صغيرة جدًا (عادة ما تكون عقدة واحدة على اتصال معها هذه الأسطح) ، فإن الخطأ الذي تم تقديمه من قبلها يمكن مقارنته بخطأ التقدير الكلي. فقط في حساب إجمالي قوة القطع ، يتم أخذها في الاعتبار ، لأنها ستحمل بالطبع جزءًا من حمل الأداة الكلي.

تقدم تقنية فصل العقدة في النموذج الموضح هنا خطأين: يتم وصف خط فصل المواد وتتسبب الأسطح الإضافية في قوة إضافية تفصل الشريحة وقطعة العمل. لأجل أن تفحص تأثير هذه الأخطاء ، تم تنفيذ تقنية ثانية.

تقنية التشوه الخالص

من الممكن أيضًا محاكاة عملية قطع المعادن دون فصل العقدة. بدلاً من ذلك ، يمكن اعتبارها عملية تشوه [21]. مع تقدم الأداة ، تتحرك جميع العقد على سطح الأداة وقد تشوه العناصر بقوة (انظر الشكل 8). يمكن إزالة المادة التي تتداخل مع الأداة أثناء خطوة إعادة التقسيم. من الضروري الانقطاع المتكرر بحيث تظل كمية المواد التي تمت إزالتها صغيرة. تستخدم الحالة الموضحة أداة حادة بلا حدود إن أسوأ الحالات كأداة ذات حافة مستديرة ستؤدي إلى تخليص مواد أقل في الأداة. بالنسبة للمحاكاة الموضحة هنا ، تم إجراء إعادة الانقطاع بعد اختراق الأداة من 2: 5 LM. المواد التي تمت إزالتها تتوافق مع صغير شريط من سمك 1 LM تقريبًا أمام طرف الأداة.

يتمتع هذا النهج البسيط بميزة أنه يتخبط بسهولة أكبر ، حيث لا يحدث أي انقطاع (كما هو الحال عندما يفصل زوج العقدة). الميزة الثانية هي أنه لا يوجد خط فصل مادة ؛ بدلا من ذلك هو كذلك من الممكن للمواد الموجودة أسفل خط أفقي من خلال نصيحة الأداة تشوه والانتقال إلى منطقة الرقاقة. بعد خطوة من إعادة التقسيم ، سيبقى بعد ذلك في هذه المنطقة. وبالتالي واحدة من المشاكل الرئيسية في فصل العقدة يتم تخفيف التقنية.

الشكل 7.

(أ) حركة عقدة الشريحة "تمسك" بين الأداة والشغل. حركة العقدة ليست في اتجاه تدفق المواد ، مما يؤدي إلى مشاكل التقارب.

(ب) تقود أسطح الاتصال الإضافية العقد إلى الاتجاه الصحيح. يعمل السطح 1 على العقد في الشريحة ، السطح 2 على تلك الموجودة في الشغل.

الشكل 8. فصل المادة بدون فصل العقدة: (أ) قبل إعادة الانقطاع ؛ (ب) بعد انتشار. في هذه التقنية ، تتحرك العقد على السطح على السطح دون فصل. تتم إزالة المواد في كل خطوة من المشاهدات. إذا كان REMSHING تم القيام به بشكل متكرر وكثافة الشبكة عالية ، يمكن الاحتفاظ بالخطأ الذي تم إدخاله من خلال هذا الإزالة.

نظرًا لأن العناصر تتم إزالة العناصر فقط عند الانتهاء من عملية إعادة التقسيم ، فيمكنها حمل حمولة بين الأداة والشغل الذي لا شك فيه. على عكس الحمل الاصطناعي في تقنية فصل العقدة ، يحاول هذا الحمل الحفاظ على رقاقة و الشغل معا وبالتالي لديه علامة posite OP.

وبالتالي فإن استخدام معيارين مع آثار معارضة يسمح بدراسة تأثير معيار الانفصال. إذا توافق نتائج محاكاة مع كلتا الطريقتين ، يجب أن يكون تأثير القوة الاصطناعية على النتيجة ضئيلة. سيتم عرض هذه النتائج في القسم 4.2.

3.8. تحقيق التقارب

بالنسبة لخوارزمية ضمنية ، من المهم ضمان التقارب مع زيادات زمنية معقولة. في هذا القسم ، يتم وصف بعض التقنيات الأخرى التي تساعد على تحقيق التقارب.

يتحقق برنامج ABAQUS المستخدم في المحاكاة من أكبر قوة متبقية ويقارن هذا بالقوة المتوسطة داخل النموذج من أجل اختبار التقارب. هذه الطريقة غير مناسبة لعملية قطع المعادن ، مثل متوسط ​​القوة في النموذج هو com صغير تقليص القوى القصوى التي تحدث في منطقة القص.

لذلك فإن معيار التقارب القياسي هذا صارم للغاية. يجب تعديل عناصر التحكم في التقارب AC بشكل ملجأ ويجب إجراء المقارنة لقيمة نموذجية للقوة داخل منطقة القص. الأمر نفسه ينطبق على حساب درجات الحرارة وتدفقات الحرارة.

يمكن التأكد من أن معيار التقارب هذا صارم بما فيه الكفاية من خلال مقارنة التصحيحات المحسوبة بالزيادات المحسوبة أثناء إجراء التكرار وضمان صغرها.

بعد الانقطاع المحدد ، لا يجوز الوفاء بتوازن القوة بسبب استيفاء التشوه ومتغيرات الحالة المادية. قد يسبب هذا تشوهات أولية وبالتالي يؤدي إلى مشاكل التقارب التي تعيق إعادة تشغيل المحاكاة. من أجل تجنب ذلك ، تم تقديم التخفيف الاصطناعي لأول مرة 5 × 10-11 ثانية من المحاكاة ، بحيث يكون هذا التشوه أبقى صغير. يضيف هذا التخفيف قوة تتناسب مع سرعة العقدة في كل عقدة وبالتالي تقلل من التشوهات الأولية القوية. 3 تم التأكد من أن كمية طاقة التخفيف الاصطناعية أقل من 0.1 ٪ من المجموع العمل ، بحيث يكون له تأثير ضئيل على النتائج الإجمالية.

تشكيل رقاقة من Ti6Al4v

معلمات المعلمات وخصائص المواد

يوضح الشكل 9 رقاقة مجزأة تنتج بسرعة قطع 40 م/ث ، وعمق القطع 42 LM ، وشعل أشعل النار زاوية 0 درجة تحت القطع المتقطعة ، متعامد الظروف كما هو موضح في [10]. لا يعتمد شكل الرقاقة بشدة على معلمات القطع. تختلف عن التجربة ، كانت زاوية أشعل النار المستخدمة في المحاكاة عادة 10 درجة ، كما كانت زوايا أشعل النار الإيجابية قليلاً سلوك تقارب أفضل. نظرًا لعدم وجود اتفاق كمي بين المحاكاة والتجربة هنا (بسبب عدم اليقين في منحنيات تدفق البلاستيك ، انظر أدناه) ، فإن هذا الاختلاف ليس كبيرًا.

معلمة مهمة تدخل في المحاكاة هي معامل الاحتكاك بين الأداة والشغل. تؤدي التجارب إلى استنتاج مفاده أن هذه القيمة صغيرة إلى حد ما [11]. لأنه ليس من الواضح ما إذا كان الاحتكاك يلعب دور مهم لتشكيل نطاقات القص ، كان من المفترض أنه لا يوجد احتكاك في المحاكاة. تم إهمال تدفق الحرارة إلى الأداة أيضًا. لن يؤثر هذا التبسيط على عملية تشكيل الرقاقة بقوة ، مثل الحراري الموصلية سبيكة التيتانيوم منخفضة ، بحيث لا تسخّر الحرارة من سطح الأداة بوابة البوابة في الشريحة. ستسمح إضافة الاحتكاك وتدفق الحرارة في المحاكاة اللاحقة بدراسة تأثير

الشكل 9. رقاقة مقطوعة تجريبيا. تتميز نطاقات القص بوضوح بخطوط الحفر. ظروف القطع: سرعة القطع 40 مللي ثانية ، عمق القطع 42 LM ، زاوية أشعل النار 0 °.

هذه الآثار بشكل منفصل. هذا مهم لفهم شامل لتأثير الظاهرة المختلفة ena على عملية تشكيل الرقاقة.

تم قياس الخواص الحرارية لسبائك التيتانيوم المستخدمة بواسطة Fraunhofer Institut fu € R Keramische Technologien underwerkstoffe (اتصال خاص) في نطاق درجة حرارة بين الغرفة درجة حرارة و 1200 درجة مئوية باستخدام جهاز فلش بالليزر و المسعر التفاضلي المسح. تتراوح حنثة المحتال الحراري بين 6.8 واط/م ك في درجة حرارة الغرفة و 24.4 واط/م ك في 1185 درجة مئوية ، وخصوصية محددة الحرارة هي 502 J/kg K في درجة حرارة الغرفة و 953 J/kg K عند 890 درجة مئوية ، ومعامل التمدد الحراري ثابت تقريبًا بقيمة 10-5 K-1.

يوضح الشكل 10 منحنيات التدفق البلاستيكي المستخدمة في محاكاة. القيم بين تلك المعطاة هي خطيا في terpolated. قيم السلالات التي تصل إلى 0.25 ～ 0.25 يتم توصيلها بواسطة قياسات التشوه البلاستيكية عالية السرعة [14] بمعدلات إجهاد 3000 S-1 ؛ بالنسبة لسلالات أعلى من هذه القيمة ، كان من المفترض أن يتم تليين المادة ، كما لوحظ لـ Ti6Al4v بمعدلات إجهاد أقل [8].

هذا الشكل 10. منحنيات تدفق البلاستيك المستخدمة للمحاكاة. لقيم الإجهاد أعلى من 0.25 ، تم افتراض تليين متساوي الحرارة.

من الصعب تحديد التليين في التجارب ، حيث تتشكل نطاقات القص في عينات الاختبار وقياسات تشوه العينة الكلي ، وبالتالي لا ترتبط جيدًا بسلوك المادة الحقيقي. القوي إلى حد ما التليين المفترض هنا ربما يكون غير واقعي ، ومع ذلك فإنه يسهل تكوين نطاقات القص adiabatic وبالتالي يسمح بدراسة عملية توجيه SEG بسهولة أكبر.

مع وجود قانون المواد الموصوف هنا ، فإن فشل قص Cata strophic للمادة في منطقة القص يحدث ببساطة من خلال الإفراط في السلالة الحرجة. ثم يتم تحديد عرض نطاق القص بواسطة حجم العنصر ، الذي يحتوي تم اختيارها لإنتاج عرض شريط القص مشابهًا لتلك التي شوهدت في التجارب. لن يستخدم قانون المواد الأكثر واقعية أي تليين سلالة قوية وسيعتمد بدلاً من ذلك على التليين الحراري لتشكيل نطاقات القص. بالإضافة الى، يجب أيضًا أخذ العائد المعتمد على السعر في الاعتبار. مع مثل هذا القانون المادي ، سيتم تحديد عرض نطاق القص من خلال التوصيل الحراري وسيكون مستقلاً عن كثافة الشبكة. لأننا مهتمون في الغالب بـ تشوه الأجزاء ، تم استخدام النهج الأكثر بساطة هنا لتوفير وقت الكمبيوتر. سيتم إجراء عمليات محاكاة مع قانون أكثر واقعية في المستقبل [6].

من الصعب قياس جزء طاقة تشوه البلاستيك التي تم تحويلها إلى حرارة (معامل تايلور - كويني). تم استخدام قيمة 0.9 وفقًا لـ [17].

تفاصيل عن المحاكاة

عدد العناصر في المحاكاة متغير مع زيادة عدد الأجزاء. للمحاكاة الموضحة في القسم التالي ، تم استخدام حوالي 5000 عنصر و 7000 العقد في بداية المحاكاة و 10000 العناصر و 12000 العقد بالقرب من النهاية ، حيث يجب أن تتوافق عدة قطاعات. كان طول حافة العنصر حوالي 0: 7 LM في منطقة القص. بلغ وقت الكمبيوتر اللازم لهذه المحاكاة خمسة أيام على محطة عمل HP C360.

يمكن رؤية بعض أمثلة التشويش في الشكل 11. 4

تم إجراء المحاكاة منخفضة السرعة الموضحة في القسم 4.4 بكثافة شبكية أكثر دقة مع أطوال الحافة حوالي 0: 3 LM في الاتجاه عموديًا على نطاق القص. كان عدد العناصر أكبر في المقابل ، مع ما يصل إلى ما يصل 17 000 عناصر المستخدمة.

الانحناء القوي للرقاقة يؤدي إلى تغلغل الشريحة في المادة. من أجل تجنب ذلك ، تم تقديم سطح اتصال إضافي يفصل الشريحة عن المادة غير المقطوعة. يمكن أن يكون سطح التلامس هذا يُنظر إليه على أنه خط أفقي في الشكل 11.

الشكل 11.

تستخدم شبكات العناصر المحدودة في مراحل مختلفة من عملية القطع مع تشكيل رقاقة مجزأة. لاحظ التحسين القوي في منطقة القص وتوخيل شبكة الأجزاء الأولى. مساعد أفقيا يظهر سطح التلامس فوق المادة غير المقطوعة كخط.

قبل تفسير نتائج المحاكاة ، يجب دراسة تأثير تقنية الفصل. يوضح الشكل 12 الرقائق المنتجة مع فصل العقدة وتقنية التشوه النقي في خطوات زمنية متطابقة تقريبًا. 5 ظروف القطع لكلا المحاكاة.

من المفترض أن الأداة جامدة ، وبالتالي فإن تشنج الأداة غير ذي صلة. تمت إضافته للسماح بتوصيل الحرارة وتشوه الأدوات في مرحلة لاحقة من المحاكاة.

5 بسبب حساب الزيادات التلقائية لوقت الوقت ، لم يكن من الممكن التقاط كلتا الصورتين في خطوة Sametime بالضبط.

الشكل 12. سلالات بلاستيكية مكافئة في محاكاة يتم تنفيذها مع تقنيتين لفصل مختلفان: (أ) طريقة فصل العقدة ؛ (ب) طريقة التشوه النقي. كانت كثافة الشبكة في المحاكاة الأخيرة أعلى قليلاً في منطقة القص ، بحيث تكون نطاقات القص أكثر ضيقًا. لا يزال الاتفاق بين أنماط التشوه جيدًا بشكل معقول. المعلمات القطع: قطع عمق 40 LM ،سرعة قطع 50 مللي ثانية ، زاوية أشعل النار 10 °.كانت على النحو التالي: عمق القطع 40 LM ، وسرعة قطع 50 م/ث ، زاوية أشعل النار 10 °.

يمكن ملاحظة أن التشوه العام للرقائق متشابه للغاية. حتى تفاصيل أنماط التشوه ، مثل درجة التجزئة (نسبة الحد الأدنى إلى الحد الأقصى لارتفاع الرقائق) وحدوث أشرطة القص "الانقسام" بالقرب من نصيحة الأداة ، اتفق بشكل جيد بشكل معقول في كلا المحاكاة ، على الرغم من حدوث اختلافات طفيفة. نطاقات القص أكثر ضيقًا في المحاكاة باستخدام تقنية التشوه ، وهذا يرجع إلى حقيقة أن كثافة الشبكة كانت أعلى قليلا هناك.

تتذبذب قوة القطع في كلا المحاكاة ، لتقنية فصل العقدة بين حوالي 20 و -42 ن ، لتقنية التشوه القوى أكبر قليلا ويكذب بين -23 و -45 ن. والسبب هو توتر المواد المخترقة قليلا في الأداة. من المتوقع أن يكون الاتفاق أفضل إذا لم تكن الأداة حادة بلا حدود. إن تواتر التذبذبات (وبالتالي تكوين نطاق القص) هو نفسه في كلتا الحالتين.

تظهر نتائج هذه المقارنة أن أنماط التشوه تتفق بشكل جيد. تتغير القوى بنحو 10 ٪ بين التقنيتين ، لكنها ليست ذات صلة كبيرة بالتحقيقات الواردة أدناه. ومع ذلك ، يجب اختيار شكل أداة محسّن لنموذج التشوه الخالص إذا تم إجراء تحقيقات مفصلة لقوة القطع.

جانب آخر مهم للدراسة هو كثافة الشبكة. يؤدي تحسين الشبكة إلى مزيد من النطاقات الضيقة في المحاكاة ولكن فقط إلى الاختلافات الصغيرة في قوى القطع وأنماط التشوه الناتجة (درجة من تجزئة ، أي نسبة ارتفاع الجزء الأقصى والحد الأدنى ، يزيد قليلاً وينخفض ​​عرض نطاق القص). من هذا يمكن أن نستنتج أن الشبكة المستخدمة ليست جيدة بما فيه الكفاية. ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود سعر معتمد تصلب وكما يظهر منحنيات التدفق متساوي الحرارة الحد الأقصى ، لا توجد آلية لتقييد تضييق نطاق القص. في ظل الظروف المستخدمة ، من المتوقع أن تصبح فرقة القص مفردة. لذلك أي شبكة تستخدم تعاني من هذه المشكلة ، والتي ترجع إلى الافتراضات المبسطة للغاية حول السلوك البلاستيكي للمادة. تم اختيار كثافة الشبكة للمحاكاة الموضحة أدناه بحيث يتفق عرض نطاق القص القيم المرصودة تجريبيا.