Скінченно-елементне моделювання процесу мікрофрезерування нітинолу

Томашевський, О.О.; Балицька, Н.О.; Прилипко, О.І.; Tomashevskyi, O.O.; Balytska, N.O.; Prylypko, O.I.

Скінченно-елементне моделювання процесу мікрофрезерування нітинолу

Томашевський, О.О.; Балицька, Н.О.; Прилипко, О.І.; Tomashevskyi, O.O.; Balytska, N.O.; Prylypko, O.I.

URI: http://eztuir.ztu.edu.ua/123456789/8582

Date: 2024

Abstract (ukr):

У багатьох галузях промисловості стрімко зростає попит на мініатюрні високоточні вироби, що стимулює потребу в ефективних технологіях їх виготовлення. Мікрофрезерування є найбільш універсальним процесом мікрорізання металів і сплавів. Мікрофрезерування характеризується складними умовами стружкоутворення та високими питомими силами різання. Під час обробки таких важкооброблюваних матеріалів, як нітиноли, ці негативні ефекти значно підсилюються через їх особливі фізико-механічні властивості. Тому дослідження процесів мікрофрезерування нітинолів з метою забезпечення високої ефективності їх обробки є актуальним питанням для сучасного рівня металообробних технологій. Робота присвячена розробці скінченно-елементної моделі обробки паза на плоскій поверхні заготовки з нітинолу (Ni56,5Ti43,5 за вагою) двозубою твердосплавною мікрофрезою у програмному комплексі DEFORM-3D. Покроково описано етапи розробки моделі. Розглянуто особливості підготовки CAD-моделей заготовки та фрези, налаштування властивостей інструменту, визначення моделі поведінки оброблюваного матеріалу, генерації скінченно-елементної сітки, налаштування умов контакту. В результаті скінченно-елементного моделювання процесу сухого мікрофрезерування нітинолу фрезою діаметром 1 мм було визначено сили різання для такого режиму обробки: швидкість різання – 20 м/хв, глибина різання – 0,2 мм, подача на зуб – 0,003 мм. Адекватність розробленої моделі підтверджено порівнянням з результатами власних експериментальних вимірювань сил різання для аналогічних умов обробки. Розроблена скінченно-елементна модель мікрофрезерування буде використана для подальшої оптимізації технологічних параметрів різання нітинолу з метою підвищення ефективності процесу мікрообробки цього матеріалу.

Abstract (eng):

The demand for miniature precision products is growing rapidly in many industries, which stimulates the need for efficient manufacturing technologies. Micro-milling is the most versatile process for micromachining metals and alloys. Micro-milling is characterized by difficult chip formation conditions and high specific cutting forces. When machining such difficult-to-machine materials as nitinols, these negative effects are significantly amplified due to their special physical and mechanical properties. Therefore, the study of nitinol micro-milling processes to ensure high machining efficiency is a very important issue for the current level of machining technologies. This work is devoted to the development of a finite-element model of machining a groove on the flat surface of a nitinol workpiece (Ni56,5Ti43,5 by weight) with a two-tooth carbide micro-mill in the Deform-3D program. The methodology of model development is described step by step. The features of preparing CAD models of the workpiece and the cutting tool, setting the tool properties, determining the model of the behaviour of the machined material, generating a finite element mesh, and setting the contact conditions are considered. As a result of the finite element modelling of the process of dry micro-milling of nitinol with a 1 mm diameter tool, the cutting forces for the following machining conditions were determined: cutting speed 20 m/min, cutting depth 0.2 mm, feed per tooth 0.003 mm. The adequacy of the developed model was confirmed by comparison with the results of the experimental measurements of cutting forces for the same machining conditions. The developed finite-element model of micro-milling will be used to further optimize the technological parameters of nitinol cutting in order to increase the efficiency of the micromachining process of this material.

Show full item record