Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại

Chia sẻ: Vu Quang Luong | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:33

0
380
lượt xem
127
download

Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung: Lực cắt và ứng dụng trong tính toán, thiết kế. Trong quá trình cắt xuất hiện các lực tác dụng lên phôi và dụng cụ cắt, được gọi là lực cắt. Để tính công suất truyền động và độ cứng vững của máy, độ bền và độ cứng vững của dụng cụ và đồ gá cần phải tính toán được các lực này.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại

  1. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại LỰC CẮT VÀ ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ Thực hiện : Phạm Minh Tâm   Vũ Quang Lương Lớp : CH­CNCK 08­10
  2. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại 1. Khái niệm lực cắt 2. Các mô hình xác định lực cắt 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt 4. Ứng dụng trong tính toán thiết kế 5. Các kết luận và định hướng nghiên cứu
  3. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại 1.Khái niệm lực cắt Trong quá trình cắt xuất hiện các lực tác dụng lên phôi và  dụng cụ cắt, được gọi là lực cắt. Để tính công suất truyền động  và độ cứng vững của máy, độ bền và độ cứng vững của dụng  cụ và đồ gá cần phải tính toán được các lực này. Để tính toán các lực trên, có thể thực hiện theo hai phương  pháp ⇒Dựa vào các quá trình lý thuyết trên cơ sở phân tích quá  trình  cắt  phôi  như  một  trong  những  trường  hợp  đặc  biệt  của  biến dạng dẻo. ⇒Xác định bằng phương pháp thực nghiệm
  4. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại 2. Các mô hình xác định lực cắt Để điều khiển gia công một cách kinh tế nhất và đảm bảo yêu cầu  chính xác, ta xây dựng các mô hình của các đại lượng đặc trưng xuất  hiện trong và sau quá trình cắt. Dựa trên mô hình lực tạo phoi ta xác  định được yêu cầu về năng lượng và tính chất biến dạng của hệ thống  công nghệ. ⇒Dựa trên các tiên đề rồi dùng phương pháp diễn giải để mô tả cơ  chế tác động cơ lí qua lại của quá trình tạo phoi từ đó rút ra các biểu  thức giải tích mô tả các đại lượng xuất hiện trong và sau quá trình cắt. ⇒Dựa  trên  nghiên  cứu  thực  nghiệm  kết  hợp  với  xử lí số liệu theo  phương pháp thống kê để rút ra mô hình. Phương pháp này đảm bảo  tính  kinh  tế  trong  quá  trình  nghiên  cứu  cũng  như  đạt  được  độ  chính  xác cao và dễ triển khai áp dụng vào sản xuất.
  5. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại Mô hình lực tạo phoi. Hình 1. Mô hình lực tạo phoi FNMT – lực pháp tuyến ở mặt trước của dao; FmsMT – lực ma sát ở mặt  trước của dao; FNMS – lực pháp tuyến ở mặt sau dao; FmsMS – lực ma  sát ở mặt sau dao; Fr – Lực cản ở cung tròn của mép cắt.
  6. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại Mô hình mạng lưới SPH (Smooth Particle Hydrodynamics methods) Hình 1. Ví vụ về  mô hình mạng lưới  Hình 2. Ba vùng vật liệu khi  SPH cắt kim loại
  7. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại Hình 5. Kết quả từ phân tích SPH, biểu diễn các phần biến dạng dẻo của vật liệu  khi cắt.
  8. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại Mô hình FEM (Finite Element Method) Sử dụng phần mềm LS­DYNA có thể tính toán lực cắt theo 2 hướng dựa trên  mô hình 3D, cũng có thể dự đoán sự hình thành phoi trong quá trình cắt. Hình 6. Mô hình FEM Thực hiện 2 thí nghiệm:
  9.  Trong  phần này mô hình và phân tích độ nhạy cho mô hình này được mô tả. Các mô  hình FEM cắt được chuẩn bị để phân tích trong các mã FEM LS­DYNA.   Mục đích  là để có được một mô hình với một thời gian tính toán càng ngắn càng tốt  và  có  khả  năng  dự  báo  lực  đầu  ra  trong  tính  toán  so  sánh  với  lực    đo  từ  các  thử  nghiệm, và đồng thời dự đoán một hình phoi thực tế.   Các mô hình FEM được sử dụng là một mô hình 3D rắn nơi đầu ra là lực kiểm tra theo  hai hướng: hướng lực cắt và hướng lực đẩy. Phân tích này được thực hiện với một tốc  độ không đổi của các công cụ theo hướng x, như trong hình. 6. Công cụ này có hình  học tương tự như công cụ được sử dụng trong các thí nghiệm. Một phân tích so sánh  giữa các số và những thí nghiệm được mô tả trong Phần cuối.   Trên cơ sở khảo sát văn học được chọn để thực hiện các phân tích như mô tả trong  đây. Một số giả định đã được thực hiện để giảm bớt kích thước mô hình và thời gian  tính toán, cho phép phát triển một phương pháp hữu ích:
  10. Phân tích lưới phân tử Trong  những  phân  tích  kích  thước  lưới  ảnh  hưởng  lực  đầu  ra  được  kiểm tra. Các phân tích lưới thực hiện là một phân tích ảnh hưởng kích thước  lưới  trên  biến  động  lực  lượng  đầu  ra.  Các  phân  tích  thực hiện không  phải là  một  nghiên  cứu  hội  tụ  và  để  kiểm  tra  các  ảnh  hưởng  kích  thước  lưới  với  lực  đầu ra , hai phân tích khác nhau đã được thực hiện:  ­  Phân  tích  lưới  dạng  1  :  Lưới  kích  thước  trên  phôi,  nơi  mà  các  dụng  cụ  đã  cùng các yếu tố trên độ dày như phôi  Khi cắt phôi bằng dụng cụ có cùng phần tử trong mạng tinh thể. Ví dụ: Khi cắt với dụng cụ và chi tiết có cùng 8 phần tử (mịn) hoặc 4 phần tử  (thô).
  11. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại ­Khi cắt phôi bằng dụng cụ có cùng phần tử trong mạng tinh thể. Ví dụ: Khi cắt với dụng cụ và chi tiết có cùng 8 phần tử (mịn) hoặc 4 phần tử  (thô).
  12. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại Hình. 8. Các lực mô phỏng, các lực cắt Fx và lực đẩy lực lượng FZ., Để phân  tích với lưới mịn và phân tích với lưới thô, thời gian khoảng 250­880 μs Biểu đồ lực cắt theo thời gian thu được:
  13. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại Như  trong  hình.  8  có  một  biến  động  nhỏ  trong  lực  lượng  đầu  ra  từ  những phân tích với lưới mịn so với phân tích với lưới thô. Từ những phân tích  nó có thể được kết luận rằng nó là cần thiết với một lưới trên phôi tốt để có  thể giả lập một lực lượng đầu ra mà không có biến động quá lớn. Trong phân  tích các yếu tố có méo dưới công cụ cắt và trong phoi. Các phân tích với lưới  mịn  có  yếu  tố  ít  méo  hơn  phân  tích  với  lưới  thô.  Ta  có  kết  luận  rằng  những  phân tích thực hiện "phân tích độ nhạy lưới 1" việc xoá các yếu tố ăn mòn là  nguyên nhân chính của sự biến động trong lực lượng đầu ra.
  14. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại ­. Phân tích lưới dạng 2: Lưới kích thước trên phôi, nơi dụng cụ có thêm các  yếu tố trên bề dày hơn phôi. Ví dụ: Khi cắt với dụng cụ có 16 phần tử đối với phôi có 4 phần tử và  1 phần tử.
  15. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại Hình. 10. Phân tích 2: các lực lượng mô phỏng các lực cắt Fx và lực đẩy FZ, để  phân tích với một trong những phân tích nguyên tố với bốn yếu tố trong hướng y,  thời gian khoảng 120­600 μs
  16. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại Các lực đầu ra để phân tích được so sánh trong Hình. 10. Như  trong hình 10 biến động của lực đầu ra là nhỏ hơn khi có một số yếu tố  trên phôi. Nhận xét  từ những phân tích nó có thể được kết luận rằng một  lưới mịn trên phôi là cần thiết để có thể giả lập một lực đầu ra mà không  có biến động quá lớn. Điều này là khác biệt nhất cho lực đầu ra, cho lực  đẩy FZ.
  17. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại Từ hai thí nghiệm trên ta có sơ đồ tổng quát:
  18. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại Khi  sự  khác  nhau  giữa  các  biến  động  của  lực    đầu  ra  từ  "  phân  tích  lưới 1" được so sánh với sự khác biệt giữa các biến động của lực lượng đầu ra  từ “phân tích lưới 2", những biến động của lực đầu ra có kích thước nhỏ khi lưới  trên dụng cụ này là mịn hơn trên phôi. Điều này cũng đã nêu bởi Bali: các cơ  quan  cân  nhắc  cần  phải  có  một  lưới  hợp  lý  tốt,  khoảng  cách  nút  trên  bề  mặt  tiếp  xúc  của  một  cơ  thể  cứng  nhắc  nên  có  thô  hơn  lưới  của  bất  cứ  phần  nào  biến dạng mà tiếp xúc với cơ thể cứng nhắc " . Điều này có thể chỉ ra rằng kích  thước  lưới  tại  các  hướng  y  của  dụng  cụ  này  làm  giảm  sự  biến  động  của  lực  lượng đầu ra. Điều này có thể do thực tế là các thuật toán liên lạc là nhạy cảm  với kích thước lưới trên công cụ. Một giải pháp, có thể được sử dụng để tránh  vấn đề này, có thể được  sử dụng một  bề mặt VDA  thay vì một phần meshed  cho công cụ cắt.
  19. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt 3.1. Ảnh hưởng của bề rộng b và chiều sâu cắt a tới lực cắt Pz. Theo một số nghiên cứu, phương trình quan hệ giữa lực cắt Pz  và các  thông số a, b tuân theo quy luật hàm số mũ. Pz = caxby Khi gia công các vật liệu như thép, gang và đồng thì x=1,0; y=0,75 và  c=150÷ 200. log ki b=1mm δi log k1i k2i=­tgδ i 1 log a Hình 2. Sự phụ thuộc của lực cắt đơn vị ki vào chiều dày phoi a
  20. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại 3.2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao tới lực cắt. Lực  cắt  Pz  tăng  tỷ  lệ  với  bề  rộng  cắt  b  hoặc  chiều  sâu  cắt  t  và  với  mức  độ  thấp  hơn  đối  với  chiều  dày  cắt  a  và  lượng  chạy dao s.  Lực cắt  đơn vị  p  phụ  thuộc  vào  chiều  sâu cắt  t  và  lượng  chạy dao s theo công  thức sau: p=Pz/f = cts0,75/ts = c/s0,25 Hiện nay, để tính các thành phần lực cắt có thể dùng các công thức: Pz = c1ts0,75 Px = c2t1,2s0,55 Py = c3t0,9s0,75 c1,c2,c3 là các hằng số phụ thuộc vật liệu gia công

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản