ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΟΡΘΟΓΩΝΙΚΗΣ ΚΑΙΛΟΞΗΣ ΚΟΠΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ

ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Καθ. Αριστομένης Αντωνιάδης∆ιπλ. Μηχ. (MSc) Χαρά Ευσταθίου

Ευάγγελος Καστής

Πολυτεχνείο Κρήτης-Χανιά 2016

Παρουσίαση διπλωματικής εργασίας

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να αναλυθούν με τη βοήθεια πεπερασμένων στοιχείων οιμέγιστες αναπτυσσόμενες τάσεις που επιδρούν στα κοπτικά εργαλεία κατά τη διάρκεια τηςορθογωνικής και της λοξής κοπής. Πιο συγκεκριμένα, δημιουργήθηκε ένα μοντέλο πεπερασμένωνστοιχείων το οποίο έδωσε αποτελέσματα για διάφορους συνδυασμούς κοπτικών εργαλείων καιπροώσεων.

2

Σκοπός και δομή της εργασίας

∆ομή Παρουσίασης:

Ορισμός ορθογωνικής κοπής Η λοξή κοπή Η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων Σχεδίαση τμημάτων της ανάλυσης Ορισμός ιδιοτήτων των υλικών Συναρμολόγηση διάταξης και ορισμός χρονικού βήματος ∆ημιουργία πλέγματος πεπερασμένων στοιχείων Ορισμός συνοριακών συνθηκών του προβλήματος Ορισμός της επαφής Υποβολή στον επιλυτή Αναφορά περιπτώσεων που προσομοιώθηκαν Συνοπτικά αποτελέσματα ορθογωνικής κοπής Συνοπτικά αποτελέσματα λοξής κοπής Συμπεράσματα

Ορισμός ορθογωνικής κοπής

3

Η ορθογωνική κοπή αποτελεί την ιδανική µορφή της διεργασίας της κοπής. Η θεωρητική διερεύνηση τηςορθογωνικής κοπής έχει, κατά κανόνα, ως στόχο τη βελτιστοποίηση και τον έλεγχο της διεργασίας τηςκοπής. Στην ορθογωνική κοπή, το εργαλείο έχει μορφή σφήνας με την κύρια ακμή κοπής να είναι κάθετηστην κύρια διεύθυνση της κοπής και κινείται προς το τεμάχιο με μια πρόωση f ενώ το τεμάχιο είναιπακτωμένο.

4

Ορισμός ορθογωνικής κοπής

Οι πλευρές που διαθέτει το κοπτικό εργαλείο, παρουσιάζουν τις ακόλουθες χαρακτηριστικέςγωνίες οι οποίες ονομάζονται γωνίες κοπής:

γωνία αποβλίττου γ: σχηματίζεται μεταξύ τηςεπιφάνειας του κοπτικού εργαλείου που εφάπτεται στοαπόβλιττο και την κάθετη ευθεία στην κατεύθυνση τηςκοπής.

γωνία ελευθερίας α: σχηματίζεται μεταξύ τηςεπιφάνειας του κοπτικού εργαλείου που βρίσκεται προςτην κατεργασμένη επιφάνεια και την παράλληλη ευθείαστην κατεύθυνση της κοπής.

γωνία σφήνας β: σχηματίζεται μεταξύ της επιφάνειαςτου κοπτικού εργαλείου που εφάπτεται στο απόβλιττοκαι της ελεύθερης επιφάνειας του κοπτικού.

Για τις τρεις χαρακτηριστικές γωνίες κοπήςισχύει η παρακάτω ιδιότητα:

5

Η λοξή κοπή

Το πρότυπο της ορθογωνικής κοπής που παρουσιάστηκε,είναι μια απλοποιημένη εκδοχή της πραγματικής κοπής, ηοποία είναι η λοξή κοπή. Στην πράξη, κατά κύριο λόγοσυναντάται η λοξή κοπή τόσο για κατεργασίες με εργαλείομε μία κύρια κόψη, όσο και για κατεργασίες με εργαλείοπολλών κυρίων κόψεων.

Οι δυνάμεις κοπής είναι οι εξής:

FX: ∆ύναμη απώθησηςFZ: ∆ύναμη στην κατεύθυνσης της πρόωσηςFY: Κύρια δύναμη κοπήςFολ: Συνισταμένη δύναμη κοπής

6

Η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων

Η μέθοδος ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία είναι μια υπολογιστική τεχνική πουχρησιμοποιείται σε προβλήματα συνοριακών συνθηκών στη μηχανική.

Πλέγμα πεπερασμένων στοιχείων: Το σύνολο από πεπερασμέναστοιχεία που προκύπτει από τη διαδικασία συμβολισμού ενός φυσικούπεδίου με πεπερασμένα στοιχεία.

3 στάδια ανάλυσης:

Προεπεξεργασία: Καθορισμός της γεωμετρίας, του πλέγματος,των συνοριακών συνθηκών, των ιδιοτήτων των υλικών και τωναλληλεπιδράσεων

Επίλυση: Συγκέντρωση των εξισώσεων σε μητρωική μορφή καιυπολογισμός μεταβλητών.

Μετεπεξεργασία: Ανασκόπηση λύσεων, κατάλληλη μορφοποίησηκαι ερμηνεία αποτελεσμάτων

7

Η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων

Μοντελοποίηση Lagrange: Το πλέγμα είναισυνδεδεμένο στο υλικό. Η παραμόρφωση τουπλέγματος ακολουθεί την παραμόρφωση τουυλικού και σε περίπτωση αστοχίας του υλικούυπάρχει καταστροφή των πεπερασμένωνστοιχείων.

Μοντελοποίηση Euler: Το πλέγμα είναισυνδεδεμένο στο χώρο. Το υλικό κυλάει ανάμεσα στοπλέγμα πεπερασμένων στοιχείων. Η μέθοδοςπεριορίζεται σε ιξωδοπλαστικά μοντέλα χωρίςελαστικές ιδιότητες.

8

Σχεδίαση τμημάτων της ανάλυσης

Το τεμάχιο το οποίο χρησιμοποιήθηκε είχε ορθογωνική διατομή10x1mm και βάθος 0.2mm.

Σχεδίαση τεμαχίου

9

Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του κοπτικού εργαλείου διέφεραν σεκάποιες προσομοιώσεις.

Σχεδίαση κοπτικού

Σχεδίαση τμημάτων της ανάλυσης

10

Ορισμός ιδιοτήτων των υλικών

Ορισμός ιδιοτήτων τεμαχίου

Ορισμός ιδιοτήτωνκοπτικού

11

Συναρμολόγηση της διάταξης και ορισμός χρονικού βήματος

Συναρμολόγηση διάταξης

Ορισμός χρονικούβήματος

Η διάρκεια του χρονικού βήματος διέφερεανάλογα με την πρόωση.

12

∆ημιουργία πλέγματος πεπερασμένων στοιχείων

Το πλέγμα του τεμαχίου ήταν πιοπυκνό στο ύψος του βάθους κοπήςλόγω της καταστροφής των στοιχείων.

Στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν:

13

Τα στοιχεία μειωμένης ολοκλήρωσης εισάγουν το φαινόμενοhourglassing.

Επιλογή της εντολής για ενισχυμένο έλεγχοαυτού του φαινομένου.

Enhanced hourglass control

∆ημιουργία πλέγματος πεπερασμένων στοιχείων

Ορισμός συνοριακών συνθηκών του προβλήματος

14

Ορισμός οριακής συνθήκης γιατην πάκτωση του τεμαχίου

15

Ορισμός οριακής συνθήκης για την

κίνηση του κοπτικού

Ορισμός συνοριακών συνθηκών του προβλήματος

Ορισμός της επαφής

16

Επιλογή της εσωτερικής επιφάνειας τουτεμαχίου που συμμετέχει στην κοπή

17

Ορισμός της επαφής κοπτικούεργαλείου και τεμαχίου

Ορισμός της ιδιότητας επαφήςκοπτικού εργαλείου και τεμαχίου

Ορισμός της επαφής

Υποβολή στον επιλυτή

18

Παρακολούθηση της επίλυσης

Αναφορά περιπτώσεων που προσομοιώθηκαν

19

Παράμετροι κοπτικού εργαλείου:

Γωνία αποβλίττου γ: 150, 300

Ακτίνα καμπυλότητας r: 0.04mm,0.08mm

Παράμετροι κοπής:

Γωνία κλίσης της κόψης λs: 00, 150,300

Πρόωση f: 200mm/min, 300mm/min

Συνολικά:

24 προσομοιώσεις

20

Συνοπτικά αποτελέσματα ορθογωνικής κοπής

0

1

2

3

4

5

6

7

150 200 250 300 350

Μέγιστες Τάσεις

von

Mis

es (

GP

a)

Πρόωση (mm/min)

γ=150

r=0.04mm

r=0.08mm

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

150 200 250 300 350

Μέγιστες Τάσεις

von

Mis

es (

GP

a)

Πρόωση (mm/min)

γ=300

r=0.04mm

r=0.08mm

Αποτελέσματα μέγιστων ισοδύναμωντάσεων ορθογωνικής κοπής για όλατα κοπτικά εργαλεία και τις προώσεις

21

Συνοπτικά αποτελέσματα λοξής κοπής

0

2

4

6

8

10

12

150 200 250 300 350

Μέγιστες Τάσεις

von

Mis

es (

GP

a)

Πρόωση (mm/min)

γ=150

r=0.04mm

r=0.08mm

0

2

4

6

8

10

12

150 200 250 300 350Μέγιστες Τάσεις

von

Mis

es (

GP

a)Πρόωση (mm/min)

γ=300

r=0.04mm

r=0.08mm

Αποτελέσματα μέγιστων ισοδύναμωντάσεων λοξής κοπής με γωνία κλίσης τηςκόψης 150 για όλα τα κοπτικά εργαλείακαι τις προώσεις

Συνοπτικά αποτελέσματα λοξής κοπής

22

0

2

4

6

8

10

12

14

150 200 250 300 350

Μέγιστες Τάσεις

von

Mis

es (

GP

a)

Πρόωση (mm/min)

γ=150

r=0.04mm

r=0.08mm

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

150 200 250 300 350

Μέγιστες Τάσεις

von

Mis

es (

GP

a)

Πρόωση (mm/min)

γ=300

r=0.04mm

r=0.08mm

Αποτελέσματα μέγιστων ισοδύναμωντάσεων λοξής κοπής με γωνία κλίσης τηςκόψης 300 για όλα τα κοπτικά εργαλείακαι τις προώσεις

23

Συμπεράσματα

Από το σύνολο των προσομοιώσεων ορθογωνικής και λοξής κοπής πουπραγματοποιήθηκαν εξάγονται τα εξής συμπεράσματα:

Καθοριστικός παράγοντας στη μείωση των μέγιστων τάσεων που αναπτύσσονται στοκοπτικό εργαλείο σε κάθε κοπή, είτε ορθογωνική είτε λοξή, είναι η ακτίνακαμπυλότητας του εργαλείου. Όσο μεγαλύτερη είναι η ακτίνα καμπυλότητας τόσομικρότερες θα είναι και οι μέγιστες τάσεις, πράγμα λογικό διότι το κοπτικό εργαλείο είναιλιγότερο αιχμηρό.

Στην ορθογωνική κοπή, η αύξηση της γωνίας αποβλίττου έδειξε επίσης μια δραστικήμείωση των μέγιστων τάσεων.

Παρατηρήθηκε μια αύξηση τάσεων όσο αυξανόταν η γωνία κλίσης της κόψηςχρησιμοποιώντας τα ίδια κοπτικά εργαλεία.

Σε κοπτικά εργαλεία με μεγάλες ακτίνες καμπυλότητας η πρόωση δεν έδειξε να παίζεικάποιο ρόλο ενώ σε εργαλεία με μικρές ακτίνες καμπυλότητας η αύξηση της πρόωσηςέδειξε μια μείωση τάσεων στις περισσότερες προσομοιώσεις.

24

Τέλος