LOS AVANCES EN EL MODELADO DE PROCESOS DE CORTE DE METALES

LOS AVANCES EN EL MODELADO DE PROCESOS DE CORTE DE METALES

Resumen: Después de una breve perspectiva histórica sobre el desarrollo de corte ortogonal del modelo, incluyendo la obra clave de comerciante y Oxley, el documento se centra en el uso de finito técnicas de elementos para simular giro ortogonal de dos dimensiones y la posterior transcripción al tridimensionales formulaciones, permitiendo así fresado y taladrado para ser realista modelado. Requisitos de entrada, incluyendo modelos de material, datos de las propiedades mecánicas a elevadas velocidades de deformación y temperaturas, condiciones de contacto y otras condiciones de contorno necesarias para

Asegurar simulación precisa y se discuten predicciones. La investigación académica actual y com-desarrollos comerciales que implican simulación de procesos no convencionales, de corte microescala, la integridad de la pieza de superficie, y el modelado microestructura, etc., también se destacan.

Palabras clave: modelización de elementos finitos, mecanizado, tridimensional

1. INTRODUCCIÓN

El desarrollo de modelos para predecir física comportamiento durante el corte de metales, ha sido uno de los principales preocupación dentro de la composición investigación mecanizado comunidad en los últimos 60 años. De una económica

punto de vista, es evidente que la capacidad de clave prevé los parámetros del proceso tales como la duración de la herramienta, las fuerzas de corte, rugosidad de la superficie de la pieza, y la pieza superficie integridad cara, sería muy deseable como un medio darse cuenta de ahorro de costes, mayor productividad, y eficiencia. Gran parte del trabajo inicial giraba en torno modelos analíticos que representaban la física básica y la mecánica de corte de metal, utilizando matemática relaciones. Con estas ecuaciones, el ángulo de corte, herramienta / pieza de trabajo tensiones, las fuerzas de corte, y la temperatura se pueden estimar. Sin embargo, todos los modelos analíticos se basan en suposiciones de simplificación que no lo hacen necesariamente cierto en determinadas condiciones. Nevada-ertheless, a pesar de estas debilidades inherentes, la investigación ha continuado hasta el día de hoy, en un esfuerzo para crear modelos más fiables y precisos.

El advenimiento de la simulación basada en ordenador y en particular el desarrollo de elementos finitos (FE) método, podría decirse que provocó un «cambio de ritmo» en el modelado de procesos de mecanizado. Utilizado por primera vez por Tay et al. [1] a principios de 1970 y posteriormente por

Muchos otros investigadores fabricación a nivel mundial, la técnica ha demostrado ser un potente y global hensive herramienta para el estudio del proceso de corte de metal. Entre las muchas ventajas que ofrece la simulación FE sobre los modelos mecanicistas tradicionales es la capacidad para dar cabida a la naturaleza no lineal del proceso dentro del análisis. Es posible llevar a cabo simulación de morfologías de chips, la evaluación de los efectos de geometría de la herramienta (por ejemplo, radio de la nariz, etc.) y análisis de las variables del proceso con medidas de salida tales como corte ting tensiones fuerzas, temperatura, y la pieza/ herramienta, durante la duración de la operación de corte.

*Dirección del autor: Departamento de Ingeniería Mecánica y Hombre-ufacturing Ingeniería, Facultad de Ingeniería de la Universidad de Birmingham, Edgbaston, Birmingham B15 2TT, Reino Unido. Correo electrónico: slsoo@bham.ac.uk

2 ORTOGONALES MODELO DE CORTE

'De corte ortogonal' es un término que fue acuñado para describir el caso en el que el borde de corte de la herramienta es recto y normal tanto a la de corte y de alimentación dirección. Piispanen [2], fue el primero en introducir un modelo para ilustrar el proceso de corte ortogonal a finales de 1930. Su llamado "modelo de tarjeta 'involv-ING 'por bloques de deslizamiento' representa el material de la pieza de ser cortado como una "pila de tarjetas ', donde delgada laminilla de

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                                               [pic 1]

Son producidos que deslice contra elementos sucesivos como la herramienta penetra en la pieza de trabajo (Fig. 1) [3]. Esta modelo aunque crudo, encontrado aceptación debido a su la naturaleza simplista y comprensible. Se formó la Comerciante base para el desarrollo de lo que hoy es ampliamente conocido como el modelo de corte "idealizada" ortogonal para la descripción de los mecanismos básicos de formación de viruta

(Fig. 2) [4].

2.1 Modelo de fuerzas ortogonales del Comerciante

La bien conocida modelo introducido por la fuerza de comerciante se basa en la configuración de corte ortogonal y el principio de mínima energía, que establece que la φ ángulo de distorsión asumirá un valor tal que el total trabajo realizado en el corte será de un mínimo [5]. Otro supuesto es que la resistencia al cizallamiento del material que está siendo mecanizada es independiente de la φ ángulo de corte, pero equivalente a la tensión de cizallamiento que actúa sobre la cizalladura avión. Sobre la base de los supuestos anteriores, Comerciante mostró que el ángulo de cizalladura está relacionada con el rastrillo herramienta. [pic 2]

fig.2 "idealizada" Modelo de corte ortogonal. [4]

 α ángulo y λ ángulo de fricción por la ecuación (1)

[pic 3]

En su modelo, Comerciante considerado el chip como 'sepa-arate 'cuerpo en equilibrio bajo la influencia de dos oponerse a las fuerzas resultantes iguales indicados como R y R, respectivamente. R es la fuerza ejercida por la herramienta sobre la superficie posterior del chip, mientras que R es la fuerza ejercida por la pieza de trabajo que actúa sobre el plano de cizallamiento [6]. Esta fuerza sistema se muestra en la Fig. 3 [6], donde R se resuelve en un componente F paralela a la cara de la herramienta, que es el la fuerza de fricción que actúa cuando las diapositivas de chips sobre la herramienta, y N, que es la fuerza normal que actúa perpendicular a F. El ángulo de fricción λ es simplemente el ángulo entre la R y N.

De la misma manera, la fuerza R puede resolverse en una componente horizontal  que es el tangencial o la fuerza de corte y una componente vertical  Cuál es el alimentar a la fuerza. Además, la fuerza R también puede ser resuelto en un vector de fuerza a lo largo del plano de corte conocido como el fuerza de corte , Que es responsable de la obra gastada durante cizallamiento del material, y en una componente F norte normal a , Que ejerce una compresión estrés sirve en el plano de cizallamiento [7]. Teniendo en cuenta que R y R son iguales y paralelo (pero no necesariamente colineales), todos sus componentes asociados pueden ser representados por un único vector de fuerza resultante R situada en la punta de la herramienta por conveniencia. Esta disposición se muestra Fig. 4 [6] y se conoce popularmente como el círculo del Comerciante diagrama de la fuerza o simplemente círculo del comerciante [8].[pic 4][pic 5][pic 6][pic 7]

Al tener en cuenta la geometría del sistema junto con varios supuestos simplificadores, fuerzas que actúan sobre el plano de corte y el chip herramienta de interfaz y posterior-cuencia destaca en la cizalla primaria y secundaria zonas se pueden determinar / calculada. Desafortunadamente,

[pic 8]

figura 3. Diagrama de sistema de  Fuerza [6]

[pic 9]

Fig. 4. Diagrama de fuerzas círculo de Mercante [6]

Cuando se aplica a una amplia gama de materiales de las piezas, la modelo no proporciona resultados precisos, de hecho lo hace no explicar satisfactoriamente la influencia del parámetros tales como la velocidad de corte en el comportamiento de mecanizado [8].

La descripción de fricción en la interfaz de la herramienta / viruta utilizando el modelo de Coulomb también se cree que contribuyen a la debilidad del análisis. Sin embargo, el círculo de comerciante sigue siendo un hito importante en el metal cortar la teoría, ya que proporciona los conocimientos fundamentales las fuerzas y tensiones involucradas en el mecanizado.

2.2 La teoría zona de cizalla de lados paralelos de Oxley

Al reexaminar la teoría del comerciante con respecto a la predicción del ángulo de corte, Oxley encontró que cuando se aplicó una amplia gama de condiciones de corte, La teoría de comerciante mostró muy pobre cuantitativa acuerdo con los valores medidos experimentalmente [9]. Oxley posteriormente criticado algunos de los necesarios supuestos, no menos importante el desconocimiento de los efectos debidos a endurecimiento por deformación, velocidad de deformación, etc. [10]. Oxley y Gales [11] presentó un nuevo modelo de análisis predictivo para describir el proceso de corte ortogonal que tuvo en cuenta estos aspectos; Además, las observaciones directas de formación de viruta indicaron que cizallamiento realmente ocurrió dentro de una zona plástica en lugar finita de en un simple plano de corte (Fig. 5). El modelo Oxley y Welsh representado esta finita zona plástica en forma de una zona de cizallamiento de lados paralelos como se muestra en la Fig. 6. Aquí, el plano de corte se asume AB a extender a los límites marcados por el CD y EF, respectivamente, que son paralelos y equidistantes a AB y formar la zona de cizalla. Las líneas CD y EF como

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