Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình hóa lực cắt trong phay hỗ trợ rung siêu âm 1-D và 2-D của Ti-6Al-4V
Tóm tắt
Để đáp ứng các yêu cầu hiện đại về xây dựng nhẹ và hiệu suất năng lượng, các vật liệu khó gia công như gốm, siêu hợp kim và nhựa gia cố bằng sợi đang được sử dụng ngày càng nhiều. Những vật liệu này chỉ có thể được gia công với nhiều nỗ lực bằng các quy trình gia công thông thường do lực cắt cao, chất lượng bề mặt kém và sự hao mòn dụng cụ liên quan. Phay hỗ trợ rung đã chứng minh là một giải pháp thích hợp để đạt được tuổi thọ dụng cụ kéo dài, chất lượng bề mặt tốt hơn và giảm lực cắt. Bài báo này trình bày một mô hình lực phân tích cho phay hỗ trợ rung dài-tần số (LT-VAM), có thể dự đoán lực cắt dưới các điều kiện cắt gián đoạn và không gián đoạn. Dưới các điều kiện cắt gián đoạn, tỷ lệ tiếp xúc tương đối giữa mặt cắt và phoi trượt được sử dụng để mô hình hóa lực cắt. Lực cày và lực cắt dưới các điều kiện cắt không gián đoạn được tính toán bằng cách sử dụng một mô hình giảm ma sát vĩ mô mở rộng, có thể dự đoán lực ma sát giảm dưới sự chồng chéo rung song song và vuông góc. Mô hình lực đã được triển khai trong MATLAB và có thể dự đoán lực cắt mà không cần sử dụng bất kỳ dữ liệu đầu vào nào từ phay hỗ trợ rung (VAM) thực nghiệm.
Từ khóa
#phay hỗ trợ rung #lực cắt #mô hình phân tích #Ti-6Al-4V #gia công vật liệu khóTài liệu tham khảo
Helmecke TP (2018) Ressourceneffiziente Zerspanung von Ti-6Al-4V-Strukturbauteilen für Luftfahrtanwendungen. [Erstausgabe]. Edited by Berend Denkena. Garbsen: TEWISS Verlag (Berichte aus dem IFW, 2018, Vol. 14)
Che-Haron CH (2001) Tool life and surface integrity in turning titanium alloy. J Mater Process Technol 118(1–3):231–237. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(01)00926-8
Machado AR, Wallbank J (1990) Machining of titanium and its alloys—a review. Proc Ins Mech Eng Part B J Eng Manuf 204(1):53–60. https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1990_204_047_02
Kumabe J, Masuko M (1958) Study on the ultrasonic cutting (1st Report). JSMET 24(138):109–114. https://doi.org/10.1299/KIKAI1938.24.109
Markov AI (1966) Ultrasonic machining of intractable materials. [by] A.I. Markov; Edited by E.A. Neppiras, Translated [from the Russian] by Scripta Technica, Ltd. London
Ding H, Chen S-J, Cheng K (2010) Two-dimensional vibration-assisted micro end milling: cutting force modelling and machining process dynamics. Proc Ins Mech Eng Part B J Eng Manuf 224(12):1775–1783. https://doi.org/10.1243/09544054JEM1984
Feng Y, Hsu FC, Lu YT, Lin YF, Lin CT, Lin CF et al (2020) Force prediction in ultrasonic vibration-assisted milling. Mach Sci Technol 1–24. https://doi.org/10.1080/10910344.2020.1815048
Shamoto E, Suzuki N, Hino R (2008) Analysis of 3D elliptical vibration cutting with thin shear plane model. CIRP Ann 57(1):57–60. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2008.03.073
Rinck PM, Gueray A, Kleinwort R, Zaeh MF (2020) Experimental investigations on longitudinal-torsional vibration-assisted milling of Ti-6Al-4V. Int J Adv Manuf Technol 108(11–12):3607–3618. https://doi.org/10.1007/s00170-020-05392-w
Gao J, Altintas Y (2020) Chatter stability of synchronized elliptical vibration assisted milling. CIRP J Manuf Sci Technol 28:76–86. https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2019.11.006
Suárez A, Veiga F, de Lacalle LNL, Polvorosa R, Lutze S, Wretland A (2016) Effects of ultrasonics-assisted face milling on surface integrity and fatigue life of Ni-alloy 718. J Mater Eng Perform 25(11):5076–5086. https://doi.org/10.1007/s11665-016-2343-6
Arrazola PJ, Özel T, Umbrello D, Davies M, Jawahir IS (2013) Recent advances in modelling of metal machining processes. CIRP Ann 62(2):695–718. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2013.05.006
Merchant ME (1945a) Mechanics of the metal cutting process. I. Orthogonal cutting and a type 2 chip. J Appl Phys 16 (5):267–275. https://doi.org/10.1063/1.1707586
Merchant ME (1945b) Mechanics of the metal cutting process. II. Plasticity conditions in orthogonal cutting. J Appl Phys 16(6):318–324. https://doi.org/10.1063/1.1707596
Usui E, Hirota A, Masuko M (1978) Analytical prediction of three dimensional cutting process—part 1: basic cutting model and energy approach. J Eng Ind 100(2):222–228. https://doi.org/10.1115/1.3439413
Fang N (2003) Slip-line modeling of machining with a rounded-edge tool—part I: new model and theory. J Mech Phys Solids 51(4):715–742. https://doi.org/10.1016/S0022-5096(02)00060-1
Fang N (2003) Slip-line modeling of machining with a rounded-edge tool—part II: analysis of the size effect and the shear strain-rate. J Mech Phys Solids 51(4):743–762. https://doi.org/10.1016/S0022-5096(02)00061-3
Soo SL, Aspinwall DK (2007) Developments in modelling of metal cutting processes. Proc Ins Mech Eng Part L J Mater Des Appl 221(4):197–211. https://doi.org/10.1243/14644207JMDA163
Shamoto E, Altıntas Y (1999) Prediction of shear angle in oblique cutting with maximum shear stress and minimum energy principles. J Manuf Sci Eng 121(3):399–407. https://doi.org/10.1115/1.2832695
Nath C (2008) A study on ultrasonic vibration cutting of difficult-to-cut materials. Dissertation, National University Singapur. Singapur
Gao Y, Sun R, Leopold J (2015) Analysis of cutting stability in vibration assisted machining using ananalytical predictive force model. Procedia CIRP 31:515–520. https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.03.014
Xiao M, Karube S, Soutome T, Sato K (2002) Analysis of chatter suppression in vibration cutting. In International Journal of Machine Tools and Manufacture 42(15):1677–1685. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(02)00077-9
Krystoff J (1939) Technologische Mechanik der Zerspanung. Berichte über betriebswissenschaftliche Arbeiten. 12th ed.: VDI-Verlag
Verma GC, Pandey PM, Dixit US (2018) Modeling of static machining force in axial ultrasonic-vibration assisted milling considering acoustic softening. Int J Mech Sci 136:1–16. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2017.11.048
Arefin S, Zhang X, Anantharajan S, Liu K, Neo D (2019) An analytical model for determining the shear angle in 1D vibration-assisted micro machining. Nanomanuf Metrol 2:199–214. https://doi.org/10.1007/s41871-019-00049-z
Zhang J, Wang D (2019) Investigations of tangential ultrasonic vibration turning of Ti6Al4V using finite element method. Int J Mater Form 12(2):257–267
Patil S, Joshi S, Tewari A, Joshi SS (2014) Modelling and simulation of effect of ultrasonic vibrations on machining of Ti6Al4V. Ultrasonics 54(2):694–705
Storck H, Littmann W, Wallaschek J, Mracek M (2002) The effect of friction reduction in presence of ultrasonic vibrations and its relevance to travelling wave ultrasonic motors. Ultrasonics 40(1–8):379–383. https://doi.org/10.1016/S0041-624X(02)00126-9
Altintaş Y, Lee P (1996) A general mechanics and dynamics model for helical end mills. CIRP Ann 45(1):59–64. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)63017-0
Budak E, Altintas, Y, Armarego EJA (1996) Prediction of milling force coefficients from orthogonal cutting data. J Manuf Sci Eng 118(2):216–224. https://doi.org/10.1115/1.2831014
Altintas Y (2012) Manufacturing automation. Cambridge University Press, Cambridge