Технічні науки/ 8. Обробка матеріалів у машинобудуванні

Д.т.н. Мазур М.П., асистент Присяжний Л.В., магістр Гаюр А.С.

Хмельницький національний університет, Україна

Комп’ютерне моделювання процесу точіння труб великого діаметру.

Вступ. Розвиток сучасних технологій, створення нових механізмів, викликає необхідність у перевірці їх на ефективність, що в свою чергу викликає проведення великої кількості дослідів та експериментів. Це у свою чергу викликає значні часові та економічні затрати на етапах проектування обладнання та інструменту. Тому у машинобудуванні доцільно застосовувати інноваційні технологій, які б прискорили і полегшили роботу [1]. До таких технологій належать пакети САЕ програм. До таких програм відносять програмний продукт Deform [2]. Спеціалізацією програмного продукту є дослідження обробки металів тиском, та окремо механічного оброблення металу.

Мета роботи – за допомогою комп’ютерного моделювання провести дослідження процесу точіння. За допомогою експерименту підтвердити адекватність створеної моделі процесу обробки торця труб.

Основна частина. Постановка віртуальної моделі: Модель інструменту являє собою твердосплавну пластину із матеріалу Т15К6, із переднім кутом γ 19° та заднім кутом α 6°. Матеріал заготовки: сталь 20. Швидкість різання становить 52 м/хв., товщина зрізуваного шару а = 0.1 мм, початкова температура середовища T_п = 20°С (див. рис.1).

Під час моделювання введені наступні припущення: технологічна система – абсолютно жорстка, різання – ортогональне, лезо – абсолютно жорстке та має ідеальну форму, заготовка представлена прямокутним паралелепіпедом із пластичного матеріалу, товщина заготовки складає h = 0.7 мм.

Рисунок 1. – Розрахункова схема моделі

Визначальне рівняння матеріалу:

значення граничної пластичності матеріалу, параметр зміцнення, швидкість пластичної деформації, фактична температура.

Експериментальний дослід: Дослідження проводилися у лабораторії металорізальних верстатів Хмельницького національного університету, на базі верстата 1К62М (рис. 2)

Рисунок 2 – Дослідницька установка на базі верстата 1К62М

Установка дозволяє вимірювати складові сили різання за допомогою динамометричної головки УДМ – 600, та середню температуру у зоні різання шляхом натуральної термопари, та зафіксувати ці результати на комп’ютерному стенді.

Для дослідження використовується заготовка: Труба матеріал Сталь 20, діаметр D = 142,5 мм із товщиною h = 5 мм, при швидкості різання 52 м/хв. Інструмент: Прохідний упорний різець, із змінними квадратними пластинками ГОСТ 19052 – 80, матеріал пластинки Т15К6.

Аналіз експериментальних даних та даних отриманих шляхом моделювання:

У ході комп’ютерного моделювання середня температура у зоні різання склала (рис.3) у ході експерименту температура становила , температурна похибка складає 2,5%

Рисунок 3 Розподіл температурних полів в зоні різання

У ході експерименту було встановлено коефіцієнт усадки стружки
, а при комп’ютерному моделюванні . Похибка становить

У ході експерименту на різці утворився наріст (рис.4) , на моделі це явище підтверджується утворенням застійної зони (рис.5).

Рисунок 4. – Наріст утворений під час експерименту

Рисунок 5. – Утворення застійної зони під час моделювання

Порівняння складових сил різання наведено у таблиці 1

Таблиця 1. – Порівняння складових сили різання отриманих у результаті експерименту та моделювання

Складові сили	Данні отримані під час експерт.	Данні отримані у ході моделюван.	Похибка
Pz	Н	303 Н	17,05%
Py	59,5 Н	52.1 Н	12,4%

Рисунок 6. – Стружка утворена під час експерименту

Рисунок 7. – Стружка під час комп’ютерного моделювання

Під час проведення експериментального (рис.6) досліду та комп’ютерного моделювання (рис.7) утворюється зливна стружка.

Висновок: У ході аналізу даних отриманих шляхом комп’ютерного моделювання та експерименту, підтверджено адекватність комп’ютерної моделі. Змодельований напружено – деформований стан доцільно використовувати для подальшої оптимізації параметрів процесу обробки торців труб.

Список літератури:

1. Основи 3D-моделювання процесів механічної обробки методом скінченних елементів / Д.В. Криворучко, В.О. Залога, В.Г. Корбач. – Суми: Вид-во СумДУ, 2009. – 208 с.

2. Scientific Forming Technologies Corporation / Deform v10 manuals