9XC bằng dao PCBN xác định bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn
Trƣờng phân bố nhiệt trong quá trình tiện cứng trực giao thép 9XC sử dụng dao PCBN đƣợc xác định bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn với sự hỗ trợ của phần mềm ABAQUS. Mô hình tính toán đƣợc xây dựng ở dạng mô hình 3D nhƣ Hình 4.7a. Toàn bộ hệ thống dao-phoi-phôi đƣợc xem xét trong mối quan hệ tƣơng tác về truyền nhiệt. Quá trình truyền
nhiệt giữa phôi, phoi và dụng cụ đƣợc coi nhƣ thực hiện trong môi trƣờng liên tục.
Thủ tục chia lƣới các phần tử của mô hình đƣợc thực hiện trong phần mềm ABAQUS với các thông số điều khiển phù hợp
Bảng 4.3. Các thông số tính toán xác định các nguồn nhiệt
AB k (N/mm2 ) s A (mm2) 1 q (W/mm2) sec (1/s) sec (N/mm2) ' (N/mm2 ) 2max q (W/mm2) 3 q (W/mm2) 919,32 0,45 1397 1,2 286 490 450 303
Hình 4.7. Mô hình tính toán trƣờng phân bố nhiệt trong tiện cứng trực giao bằng FEM (a) và sơ đồ chia lƣới các phần tử (b).
56
để các vùng sinh nhiệt đƣợc chia với các phần tử có kích thƣớc nhỏ mịn nhằm đạt độ chính xác cao. Tổng cộng, toàn bộ mô hình đƣợc chia thành 557.758 phần tử dạng tứ diện, mỗi phần tử có 4 nút với tổng số 2.231.032 nút nhƣ Hình 4.7b.
Với các thông số đầu vào đã xác định bao gồm kích thƣớc hình học của vùng khảo sát, các thuộc tính vật liệu của dụng cụ và chi tiết gia công, mật độ
dòng nhiệt và các điều kiện biên, sơ đồ tác dụng của các nguồn nhiệt của bài toán đƣợc thực hiện nhƣ trên Hình 4.8.
Quá trình phân tích trƣờng phân bố nhiệt độ khi tiện trực giao thép 9XC bằng dao PCBN với các thông số cắt nhƣ trên đƣợc tiến hành cho hai trƣờng hợp dụng cụ sắc và dụng cụ mòn. Trƣờng phân bố nhiệt nhận đƣợc nhƣ trên Hình 4.9 và Hình 4.10.
Giá trị nhiệt độ tại các nút đƣợc xuất ra file kết quả nhƣ trong Phụ lục III. Kết quả phân tích cho
trƣờng phân bố nhiệt cho thấy:
Với cả hai trƣờng hợp dụng cụ sắc và mòn, vùng sinh nhiệt lớn nhất luôn là vùng mặt phẳng trƣợt với giá trị nhiệt độ cực đại là 14360K (11630C) khi dụng cụ sắc và 18100K (15370C) khi dụng cụ mòn (Hình 4.9a, Hình 4.10a). Khi dụng cụ còn sắc, 500 0 500 1000 1500 1000 Gradient 1500 3270C m m 9910C 10600C 6950C 4180C a) b) c) e) d)
Hình 4.9. Trƣờng phân bố nhiệt khi tiện cứng trực giao thép 9XC bằng dao PCBN trong trƣờng hợp dụng cụ sắc (a-d) và sơ đồ các đƣờng đẳng nhiệt phân bố trong dụng cụ (e).
Hình 4.8. Sơ đồ tác dụng của các nguồn nhiệt trong mô hình tính toán trƣờng phân bố nhiệt.
57 trƣờng phân bố nhiệt
trong dụng cụ có trung tâm nhiệt lớn nhất nằm ở mặt trƣớc dụng cụ với nhiệt độ cực đại đạt 13330K (10600C) tại vị trí cách lƣỡi cắt khoảng 45μm (Hình 4.9b). Phân bố nhiệt trên chi tiết gia công cũng tập trung ở vùng mặt phẳng trƣợt, phần lớn nhiệt lƣợng truyền vào phoi, phần nhiệt truyền xuống chi tiết
gia công làm nhiệt độ chi tiết tăng đến khoảng 400÷5000C với vùng phân bố nhiệt tƣơng đối hẹp (Hình 4.9d).
Khi dụng cụ bắt đầu bị mòn, phần tiếp xúc giữa mặt sau dụng cụ và chi tiết gia công hình thành một trung tâm sinh nhiệt mới khiến cho trƣờng phân bố nhiệt trong dụng cụ dịch chuyển về phía lƣỡi cắt với các cung đẳng nhiệt gần nhƣ đối xứng giữa mặt trƣớc và mặt sau của dụng cụ. Trung tâm nhiệt lớn nhất sẽ nằm tại vùng lƣỡi cắt với giá trị là 16350K tƣơng đƣơng với 13620C (Hình 4.10b). Lƣợng nhiệt ở mặt sau truyền vào bề mặt mới hình thành và dụng cụ làm tăng nhiệt độ chi tiết đến 800÷9000C và mở rộng vùng tác động của nhiệt độ cao trên chi tiết gia công (Hình 4.10d).
Nhƣ vậy với việc dụng cụ bị mòn sẽ hình thành một trung tâm sinh nhiệt ở mặt sau làm tăng đáng kể nhiệt cắt đồng thời làm thay đổi trƣờng phân bố nhiệt độ trong dụng cụ và chi tiết gia công.