Моделирование напряженного состояния концевой радиусной фрезы при формообразовании сложной поверхности

Приведены результаты моделирования напряженного состояния в зоне режущей кромки концевой радиусной фрезы при заданной ориентации инструмента по поперечному углу. Процесс моделирования предполагал расчет сил резания в программе ABAQUS, преобразование их в нагрузки, действующие на поверхности инструмента, определение на основе теории резания области контакта передней поверхности инструмента со стружкой и расчет напряжений при равномерном распределении нагрузки в рассматриваемом сечении инструмента. Приведены результаты предварительных расчетов. Построены кривые распределения эквивалентных, нормальных и касательных напряжений в области режущей кромки концевой радиусной фрезы, полученных с помощью аппаратных средств системы конечно-элементного анализа ANSYS. Результаты моделирования позволяют проводить дальнейшие исследования по изучению влияния ориентации инструмента и режимов резания на напряженное состояние инструмента при формообразовании сложных поверхностей. Определение с помощью модели зон на обрабатываемой поверхности, в которых расчетные значения напряжений превышают критические, позволяет уже на начальной стадии отработки технологического процесса исключить разрушение режущих кромок режущего инструмента и достичь максимальной производительности процесса при формообразовании сложных поверхностей.

Литература

[1] Нгуен Ш.Х. Совершенствование процесса обработки поверхностей сложной формы сфероцилиндрическими фрезами. Дисс. … канд. тех. наук. Иркутск, ИРНИТУ, 2019. 165 с.

[2] Mitsubishi. Catalog C009A: cutting tools 2020-2021. URL http://www.mitsubishicarbide.com/application/files/8316/2089/0936/catalog_c009a_full.pdf

[3] Sai L., Belguith R., Maher B. et al. An approach to modeling the chip thickness and cutter workpiece engagement region in 3 and 5 axis end mill. J. Manuf. Process., 2018, vol. 34-A, pp. 7–17, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.05.018

[4] Bouzakis K.D., Aichouh P., Efstathiou K. Determination of the chip geometry, cutting force and roughness in free form surfaces finishing milling with ball end tools. Int. J. Mach. Tools Manuf., 2003, vol. 43, no. 5, pp. 499–514, doi: https://doi.org/10.1016/S0890-6955(02)00265-1

[5] Зорев Н.Н., ред. Развитие науки о резании металлов. Москва, Машиностроение, 1967. 416 с.

[6] Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. Москва, Машгиз, 1956. 367 с.

[7] Зорев Н.Н. Исследование элементов механики процесса резания металлов. Москва, Машгиз, 1952. 364 с.

[8] Полетика Ф.М. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. Москва, Машностроение, 1969. 148 с.

[9] Storchak M., Drewle K., Menze C. et al. Determination of the tool-chip contact length for the cutting processes. Materials, 2022, vol. 15, no. 9, art. 3264, doi: https://doi.org/10.3390/ma15093264

[10] Пономарев Б.Б., Нгуен Ш.Х. Влияния ориентации инструмента на силы резания при концевом фрезеровании. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2019, № 3, с. 11–20, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2019-3-11-20

[11] Budak E., Ozturk E., Ozlu.E. Modeling and simulation of 5-axis milling processes. CIRP Annals, 2015, vol. 58, no. 1, pp. 347–350, doi: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2009.03.044

[12] Розенберг А.М., Еремин А.Н. Элементы теории процесса резания металлов. Москва, Машгиз, 1956. 320 с.

[13] Чжан Ц., Чэнь Ю., Козлов В.Н. Влияние вида нагружения на напряжено-деформированное состояние режущего инструмента. Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов. Сб. док. X Всерос. науч.-практ. конф. Томск, ТПУ, 2020, с. 227–232.

[14] Molnár T.G., Insperger T., Stépán G. State-dependent distributed-delay model of orthogonal cutting. Nonlinear Dyn., 2016, vol. 84, no. 3, pp. 1147–1156, doi: https://doi.org/10.1007/s11071-015-2559-2

[15] Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. Москва, Машиностроение, 1979. 168 с.

[16] Белов А.В., Неумоина Н.Г. Об использовании обобщенного критерия прочности Писаренко-Лебедева в расчетах на прочность при неизотермических процессах нагружения. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2014, № 9–2, с. 8–10.

[17] Сталь марки Р18. metallicheckiy-portal.ru: веб-сайт. URL https://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/sti/R18 (дата обращения: 15.12.2022).

[18] Сталь 18 инструментальная быстрорежущая. enginiger.ru: веб-сайт. URL https://enginiger.ru/materials/instrumentalnaya-bystrorezhushhaya/stal-r18-instrumentalnaya-bystrorezhushhaya (дата обращения: 15.12.2022).

[19] Лоладзе Т.Н. Прочность и изностойкость режущего инструмента. Москва, Машиностроение, 1982. 320 с.