Paduan tungsten-molibdenum adalah material yang sulit dikerjakan, dengan biaya pemrosesan yang tinggi, efisiensi pemrosesan yang rendah, dan keausan perkakas yang parah. Dengan menggunakan perangkat lunak analisis elemen hingga ABAQUS, model penggilingan tiga dimensi dari paduan tungsten-molibdenum dibuat, dan proses penggilingan paduan tungsten-molibdenum dipelajari untuk parameter pemotongan yang berbeda. Hukum variasi gaya potong dan suhu pemotongan diverifikasi dengan uji penggilingan untuk memverifikasi efektivitas model simulasi. Kombinasi parameter pemotongan yang optimal diperoleh melalui eksperimen ortogonal yaitu kecepatan potong vc=60m/s, back engagement ap=3mm, feed per gigi fz=0.16mm/z .
pembukaan
1
Tungsten dan molibdenum kaya akan cadangan dan tersebar luas di negara saya. Tungsten dan molibdenum termasuk dalam unsur golongan VIIB dalam tabel periodik unsur dan merupakan logam dengan titik leleh tinggi. Karena paduan tungsten-molibdenum memiliki titik leleh yang lebih tinggi dan kepadatan yang lebih rendah dibandingkan tungsten murni, paduan ini menggabungkan keunggulan tungsten dan molibdenum. Ketahanan terhadap korosi dan ablasi [1], sehingga menjadi material penting di bidang dirgantara, dapat digunakan pada nozel mesin roket dan komponen utama turbin gas, serta memiliki prospek penerapan yang lebih luas di bidang industri masa depan.
Untuk mempelajari prinsip pemotongan paduan tungsten-molibdenum, para sarjana telah melakukan banyak penelitian. Ketika Luo Zhengchuan [2] menggunakan perkakas semen karbida untuk memotong paduan berbasis tungsten, keausan pahat sangat cepat, dan bentuk keausan utama yang menyebabkan kegagalan perkakas karbida yang disemen adalah area keausan segitiga yang muncul di persimpangan utama. sayap dan sayap bantu. Penyebab utama keausan pahat adalah keausan mekanis yang disebabkan oleh titik keras, dan difusi kobalt sebagai pengikat pada karbida yang disemen mempercepat keausan pahat. Saat memotong paduan berbahan dasar tungsten, Ye Yi [3] menemukan bahwa perkakas karbida semen berbahan dasar WC berbutir halus atau sangat halus dengan lapisan tahan aus di permukaannya memiliki masa pakai yang lebih pendek. Tidak ekonomis untuk mengolah paduannya. Perkakas keramik komposit tidak cocok untuk memotong bahan paduan tungsten tinggi, dan masa pakai perkakas berlian PCD tidak meningkat secara signifikan dibandingkan dengan karbida semen berbasis WC. Tungsten dan bahan paduannya paling baik diproses dengan alat pemotong PCBN dan grade dengan kandungan CBN lebih banyak (seperti DBC80), sehingga manfaat ekonomi yang lebih baik dapat diperoleh.
Software analisis elemen hingga ABAQUS merupakan software yang umum digunakan untuk simulasi pemotongan logam. Ia memiliki fungsi analisis nonlinier yang kuat dan dapat mewujudkan kopling termal-mekanis. Paduan tungsten-molibdenum adalah material yang sulit dikerjakan, memiliki biaya pemrosesan yang tinggi, efisiensi pemrosesan yang rendah, dan keausan perkakas yang parah. Oleh karena itu, makalah ini menggunakan perangkat lunak analisis elemen hingga ABAQUS untuk membuat model penggilingan tiga dimensi paduan tungsten-molibdenum. Gaya pemotongan dan suhu pemotongan yang dihasilkan dalam proses diubah, dan akhirnya kombinasi parameter penggilingan yang optimal diperoleh melalui uji ortogonal, yang memberikan referensi untuk proses penggilingan sebenarnya.
Pemodelan Elemen Hingga Paduan Tungsten-Molibdenum
2
2.1 Model geometri alat
Simulasi menggunakan pabrik ujung pisau 4-standar karbida semen, dan spesifikasinya ditunjukkan pada Tabel 1. Model pemotong frais dihasilkan dengan menggunakan perangkat lunak pemodelan 3D SolidWorks, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Sesuai dengan tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisis variasi gaya potong dan suhu pemotongan pada parameter penggilingan yang berbeda, dan mengingat bahwa ujung potong utama pahat jauh lebih kecil daripada benda kerja, pahat tersebut diasumsikan sebagai benda tegar dalam analisis elemen hingga ABAQUS, terlepas dari deformasi dan keausan pahat, parameter fisik pahat ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 1 Gambar spesifikasi alat (satuan: mm).
gambar
Gambar 1 Model pemotong frais
Tabel 2 Parameter fisik alat
gambar
2.2 Model konstitutif bahan paduan tungsten-molibdenum
Bahan benda kerja simulasi dalam makalah ini adalah paduan tungsten-molibdenum, dan parameter kinerja fisik dan mekanik utama ditunjukkan pada Tabel 3[4].
Tabel 3 Parameter fisik bahan paduan tungsten-molibdenum
gambar
Dalam proses pemotongan logam, dalam banyak kasus, material mengalami deformasi elastis-plastik pada suhu tinggi, regangan tinggi, dan laju regangan tinggi, sehingga membangun model material yang masuk akal juga merupakan langkah kunci untuk keberhasilan simulasi. Model material dalam makalah ini mengadopsi model konstitutif Johnson-Cook, yang dapat mencerminkan efek pengerasan regangan, efek pengerasan regangan, dan efek pelunakan termal material, dan bentuknya adalah
gambar
Dalam rumusnya, σ adalah tegangan aliran (MPa); ε adalah regangan plastik; ε0 adalah laju regangan referensi; T adalah suhu (derajat); Tr adalah suhu ruangan (derajat); Tm adalah titik leleh bahan (derajat); A, B, C, m dan n adalah parameter material, dan nilainya ditunjukkan pada Tabel 4[5].
Tabel 4 Parameter model konstitutif Johnson-Cook dari bahan paduan tungsten-molibdenum
gambar
2.3 Kondisi kontak dan batas
Buat atribut kontak, dan karena pahat dianggap benda tegar selama simulasi, Anda perlu membuat batasan benda tegar lainnya. Buat kondisi batas pada langkah analisis awal untuk membatasi semua derajat kebebasan pada sisi benda kerja. Alat perlu membatasi 4 derajat kebebasan, dan mengatur putaran dan pergerakan di sekitar sumbu Z, dimana kecepatan putaran adalah kecepatan spindel dan kecepatan gerakan adalah kecepatan umpan. Buat bidang suhu yang telah ditentukan sebelumnya dan tentukan suhu benda kerja sebagai 298K.
2.4 Pembagian jaring
Kualitas pembagian mesh mempunyai pengaruh yang besar terhadap hasil simulasi elemen hingga. Oleh karena itu, ketika menyatukan model, jenis unit jaring yang sesuai harus dipilih terlebih dahulu, dan keakuratan serta biaya harus dipertimbangkan secara komprehensif untuk mengontrol kepadatan jaring secara wajar. Semakin padat grid maka semakin tinggi keakuratan hasil simulasi, namun akan meningkatkan biaya komputasi. Ukuran minimum kisi pahat dan kisi benda kerja adalah 0.02mm, dan pahat serta benda kerja masing-masing dibagi menjadi kisi-kisi yang seragam. Struktur pahatnya kompleks, menggunakan grid struktur tetrahedral non-independen, tipe C3D10MT, dan grid pahat sebanyak 74400 unit. Benda kerja mengadopsi kisi terstruktur heksahedral, kisi benda kerja 26250 unit, dan tipe kisi benda kerja adalah C3D8RT. Pahat dan benda kerja setelah penyambungan ditunjukkan masing-masing pada Gambar 2 dan Gambar 3.
gambar
Gambar 2 Kotak Alat
gambar
Gambar 3 Grid benda kerja
2.5 Solusi model
ABAQUS/Explicit digunakan untuk perhitungan model, dan jenis langkah analisisnya adalah langkah analisis kopling termal-mekanis eksplisit dinamis. Setelah perhitungan selesai, hasilnya dapat dilihat dan dianalisis melalui modul post-processing ABAQUS. Hasil simulasi milling ditunjukkan pada Gambar 4.
gambar
Gambar 4 Hasil simulasi Milling
Tes Ortogonal Simulasi
3
3.1 Desain eksperimental
Eksperimen ini terutama mempelajari pengaruh kecepatan potong vc, back engagement ap dan feed per gigi fz terhadap gaya potong dan suhu pemotongan dalam proses penggilingan paduan tungsten-molibdenum, sehingga dibuat tabel ortogonal dengan tiga faktor dan empat level (lihat Tabel 5), yaitu mengambil vc, ap dan fz sebagai variabel independen. Misalkan lebar pemotongan ae=1mm, gaya potong minimum F dan suhu pemotongan minimum T sebagai responnya [6]. Menurut prinsip pemilihan tabel uji ortogonal, tabel ortogonal L16 diadopsi, dan pengaturan serta hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 5 Faktor dan tingkatan ortogonal
gambar
Tabel 6 Hasil Uji Ortogonal
gambar
3.2 Analisis hasil simulasi elemen hingga
Metode rentang R digunakan untuk menganalisis hasil uji ortogonal, dan rentang mengacu pada selisih antara nilai maksimum dan nilai minimum yang sesuai dengan setiap indeks level. Metode analisis rentang, yang disebut metode R, adalah metode yang paling umum digunakan untuk menganalisis hasil eksperimen ortogonal. Metode ini mencakup dua modul perhitungan dan penilaian, serta dapat mengetahui tingkat primer dan sekunder, tingkat optimal dan kombinasi faktor optimal dalam pengujian [7]. Prinsip metode R adalah membandingkan rentang nilai pada setiap kolom dengan menghitung rentangnya. Semakin besar rentangnya maka semakin besar pula pengaruh faktor tersebut terhadap hasil yang merupakan faktor utama, kemudian menganalisis hasilnya melalui metode analisis intuitif. Dengan mengambil gaya potong minimum F sebagai indeks, lihat Tabel 7 untuk analisis hasil pengujian. Pada tabel tersebut, K1, K2, K3 dan K4 adalah jumlah hasil pengujian pada setiap level dari setiap faktor yang mempengaruhi, dan k1, k2, k3 dan k4 adalah nilai rata-rata yang sesuai. nilai.
Tabel 7 Analisis Hasil Uji Indeks F (Satuan: N) Gambar
From Table 7, it can be concluded that the amount of back cutting and feed per tooth have a great influence on the cutting force, and the primary and secondary influences are B>C>A, jadi skema optimal indeks F adalah B1C2A2, yaitu kecepatan potong vc adalah 60m/s, jumlah umpan per gigi fz adalah 0,16mm/z, dan jumlah pemotongan balik ap adalah 2 mm. Dengan mengambil suhu pemotongan minimum T sebagai indeks, analisis hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 8.
Tabel 8 Analisis Hasil Uji Indeks T (Satuan : K)
gambar
From Table 8, it can be concluded that the cutting speed and the amount of back cutting have a great influence on the cutting temperature, and the primary and secondary effects are A>C>B, jadi solusi yang disukai adalah A1B12C4, yaitu kecepatan potong vc adalah 50m/s, dan laju umpan per gigi Besarnya fz adalah 0,16mm/z, dan besarnya ap adalah 4mm.
Uji Penggilingan Paduan Tungsten-Molibdenum dan Verifikasi Model
4
4.1 Desain eksperimental
Untuk memverifikasi validitas model elemen hingga uji penggilingan paduan tungsten-molibdenum, pusat permesinan CNC JOHNFORD-VMC-850 digunakan untuk penggilingan, dan pabrik akhir karbida bermata 4-standar digunakan dipilih sebagai alat (lihat Gambar 5).
gambar
Gambar 5 pemotong frais
Ukuran lembaran benda kerja adalah 150mm×130mm×45mm. Untuk memasang benda kerja pada dinamometer, lubang pemasangan diproses pada benda kerja sebelum digiling, dan lubang tersebut dibor dengan mata bor baja tungsten φ8,6 mm, dan kemudian melalui baut kepala soket segi enam kepala silinder M8 untuk pemasangan. Dalam percobaan tersebut, dinamometer tiga arah KISTLER9257b digunakan untuk mengukur gaya pemotongan, dinamometer dipasang pada meja perkakas mesin dengan pelat penekan, dan suhu pemotongan diukur dengan termometer inframerah. Pemasangan dinamometer dan benda kerja ditunjukkan pada Gambar 6, dan proses pengukuran gaya dan pengukuran suhu ditunjukkan pada Gambar 7.
gambar
a) Pemesinan lubang pemasangan
gambar
b) Pengukur gaya sudah diperbaiki
Gambar 6 Pemasangan pengukur gaya dan benda kerja
gambar
a) Pengukuran gaya potong
gambar
b) Pengukuran suhu pemotongan
Gambar 7 Proses pengukuran gaya dan pengukuran suhu
4.2 Validasi Model
Tiga kelompok parameter pemotongan dipilih untuk pengujian. Nilai simulasi, nilai terukur dan kesalahan gaya potong dan suhu pemotongan ditunjukkan pada Tabel 9 dan Tabel 10. Terlihat dari Tabel 9 dan Tabel 10 bahwa kesalahan maksimum hasil simulasi adalah 15,6%, yaitu berada dalam kisaran 20%. , sehingga hasil pengujian memenuhi persyaratan aplikasi teknik.
Tabel 9 Nilai simulasi, nilai terukur dan kesalahan gaya potong
gambar
Tabel 10 Nilai simulasi, nilai terukur dan kesalahan suhu pemotongan
gambar
kesimpulan
5
Dalam makalah ini, perangkat lunak analisis elemen hingga ABAQUS digunakan untuk membuat model penggilingan tiga dimensi paduan tungsten-molibdenum. Menurut parameter pemotongan yang berbeda, hukum variasi gaya potong dan suhu pemotongan yang dihasilkan dalam proses penggilingan paduan tungsten-molibdenum dipelajari, dan parameter penggilingan optimal diperoleh melalui eksperimen ortogonal. Kombinasi, memberikan referensi untuk penggilingan sebenarnya. Kesimpulan yang didapat adalah sebagai berikut.
1) The back engagement ap and the feed per tooth fz have a great influence on the cutting force F, and the primary and secondary influences are B>C>A. Oleh karena itu, solusi optimal gaya potong F adalah B1C2A2, yaitu vc=60m/s, fz= 0.16mm/z, ap=2mm.
2) The cutting speed vc and the back cutting amount ap have a great influence on the cutting temperature T, and the primary and secondary influences are A>C>B. Oleh karena itu, solusi optimal suhu pemotongan T adalah A1B1C4, yaitu vc=50m/s, fz=0.16mm/ z,ap=4mm.
3) Pertimbangkan secara komprehensif efisiensi dan manfaat pemotongan dalam pemrosesan sebenarnya, dan dapatkan kombinasi parameter proses yang optimal, yaitu vc=60m/s, fz=0.16mm/z, ap{{4 }}mm.
