PAPER TITLE (MAXIMUM 2 ROWS)

SCIENTIFIC PAPERS

SCIENTIFIC PAPERS

testul de deformare i simularea cam pentru o frez deget cu plcue ceramice proiectat

Frcel Ionu-Ctlin1 ABSTRACT: Sculele achietoare cu plcue ceramice sunt utilizate tot mai mult n prelucrarea de superaliaje utilizate de obicei n industria aerospaial. Plcuele ceramice fac posibile viteze de tiere mai mare datorit rezistenei la temperatur mai mare comparativ cu inserii de carbur. Cu toate acestea, succesul procesului este foarte sensibil la alegerea corect a parametrilor de proces. Uneltele cu plcue ceramice au fost introduse pentru a mbunti calitatea suprafeei i reducerea forelor de tiere. Aceast lucrare descrie, de asemenea, o metod de simulare pentru programele NC. Simularea folosete o main virtual de frezat CNC ca baz pentru simularea programul NC generat.1 INTROducereMajoritatea sculelor achietoare moderne sunt structuri complexe care cuprind un corp tare, care dein plcue achietoare rezistente fixate de o coad sau suport, n general realizate din aliaje de oel uoare sau medii. Plcua achietoare, cea cu care are loc de fapt operaia de achiere, este ct mai mic posibil tocmai pentru a reduce costurile de fabricaie i s fie realizat dintr-o varietate de material, majoritatea carburi metalice.Plcuele ceramice reprezint avantaje economice peste alt tip de plcue deoarece rata de ndeprtare a materialului mai mare (MRR) este posibil datorit rezistenei lor la cldur mare i intrare treptat n material. n plus, consumul de energie i de via ale acestora sunt dependente de reducerea forei de achiere. n urmtoarele seciuni, geometria frezei deget cu plcue de ceramic este descris. Plcuele ceramice sunt de form ptratic, cu pereii nclinai.n zilele noastre piesele extrem de complexe, mai ales n varieti mari, sunt fabricate pe maini-unelte controlate CNC. Aceste procese de fabricaie complexe trebuie s fie verificate cu atenie nainte de a rula pe o main real. In zilele noastre majoritatea programelor NC sunt create prin unelte de fabricaie asistate de calculator (CAM). Cu toate acestea, aceste tipuri de software considera doar piesa de lucru i scula achietoare.2 Geometria sculei achietoareInformaiile generale despre scula achietoare proiectat sunt descrise in Fig. 1. Corpul este din oel carbon i plcuele din ceramic. Plcuele sunt fixate de corpul sculei cu uruburi speciale.

Fig. 1. Geometria sculei achietoare1 Universitatea Lucian Blaga din Sibiu, Facultatea de Inginerie, Emil Cioran 4, 550025, Sibiu, RomniaE-mail: ionut.farcasel@ulbsibiu.ro.2.1 Corpul sculei achietoareCorpul sculei achietoare este din oel carbon, un aliaj metalic, o combinaie de dou elemente, fier si carbon, n cazul n care alte elemente sunt prezente n cantiti prea mici pentru a afecta proprietile. Singurele alte elemente de aliere n oelul-carbon sunt: mangan (1,65% max), siliciu (0,60% max), i cupru (0,60% max). Oelul cu un coninut redus de carbon are aceleai proprieti ca fierul, moale, dar uor format. Cu ct coninutul de carbon crete, metalul devine tot mai greu i mai puternic, dar mai puin ductil i mai dificil de sudat. Coninut mai mare de carbon scade punctul de topire al oelului i rezistena la temperatur, n general.OLC 45 este un oel cu o rezisten la traciune medie, o rezisten la traciune de 570 - 700 MPa i duritatea Brinell variind ntre 170 i 210. OLC 45 oel se caracterizeaz prin sudabilitate bun, prelucrabilitate bun i rezisten ridicat i proprieti de impact n stare normalizat sau la cald n stare laminat.OLC 45 are o capacitate sczut de clire cu seciuni de dimensiuni de aproximativ 60 mm, fiind recomandate corespunztoare pentru clire i normalizare. Cu toate acestea, se poate nclzii eficient sau prin inductie in stare normalizat sau laminat la cald pentru a obine duriti de suprafa n intervalul de Rc 54 - Rc 60 pe baza unor factori cum ar fi dimensiunea seciunii, timp, mediu utilizat etc. OLC 45 nu are elemente de aliere adecvate i, prin urmare, nu rspunde la procesul de nitrurare.O reprezentare simplificat a sculei achietoare este aratat in Fig. 2, sunt reprezentate dimensiunile de gabarit.

Fig. 2 Dimensiuni2.2 Plcuele ceramiceFrezarea cu plcue ceramice de obicei se execut la viteze de 20 pn la 30 de ori mai mari fa de carbur, chiar dac la viteze de avans mai mici (~ 0,1 mm / dinte), ceea ce duce la un mare ctig de productivitate.

Datorit tierii intermitente, este o operaie mult mai rece dect strunjirea. Din acest motiv, vitezele de achiere ajung la 2297-3280 mm / min cnd frezele sunt adaptate, n comparaie cu 656-984 mm / min pentru strunjire. Ceramica are mare tendin de crestare, motiv pentru care plcuele sunt utilizate n principal pentru a asigura un unghi mare de degajare. Nu se folosete niciodat lichid de rcire.Ceramicele au un efect negativ asupra integritii suprafeei i topografiei, i, prin urmare, nu sunt utilizate la prelucrarea componentelor aproape de forma final. Plcuele ceramice nu sunt recomandate n titan. Fluid de tiere nu ar trebui folosit cu plcue ceramice.3 testul de deformare3.1 Informaii generaleTestul de deformare evalueaz efectul pe care l are sarcina asupra formei unui eantion. Este msurarea unui material de prob pentru a rezista la o deformare permanent i / sau abilitatea eantionului pentru a reveni la forma sa iniial dup deformare. Deformarea este msurat ca modificarea procentual n nlime a unui eantion, sub o sarcin specificat, pentru o anumit perioad de timp.Aceast frez deget a fost proiectat in soft-ul Catia V5 i are o construcie simpl cu patru locauri pentru plcuele ceramice. Diametrul care prelucreaz este de 31 de milimetri.3.2 ncastrarea

Pentru a fixa aceast frez este necesar un dorn cu con Morse, un adaptor conic i o piuli crestat. Operaia de fixare este reprezentat n Fig. 3.

Fig. 3 Fixarea3.3 Constrngeri i foreFreza este constrns pe diametrul exterior (care are 20 de milimetrii) i forele rezultante apas pe fancurile unde sunt fixate plcuele. Toate acestea sunt reprezentate in Fig. 4.

Fig. 4 Constrngeri

Pentru a arta deformarea sculei, s-a simulat o analiz n Catia V5, care prezint tendina materialului de a se deforma. Pentru a simula aceasta, s-au luat n considerare numai forele statice, nu i cele dinamice care apar de-a lungul procesului de prelucrare.

n Fig. 5 este prezentat scula nainte de nceputul deformrii.

Fig. 5 Freza nainte de deformaren Fig. 6 este prezentat scula dup analiz. Trebuie specificat faptul c analiza a fost simulat doar pe un flanc al sculei.

Fig. 6 Freza dup deformare3.4 Stresul Von Mises Stresul Von Mises este utilizat pe scar larg de ctre designeri pentru a verifica dac proiectul lor va rezista la o condiie de ncrcare dat. Stresul Von Mises este considerat a fi un refugiu sigur pentru ingineri proiectani. Pe baza acestor informaii un inginer poate spune de proiectul su dac va eua, n cazul n care valoarea maxim a stresului von Mises indus n material este mai mare dect rezistena materialului. Acesta funcioneaz bine pentru cele mai multe cazuri, mai ales atunci cnd materialul este ductil n natur.Pentru aceast frez de asemenea a fost simulat o analiz a stresului n Catia V5. Rezultatul este prezentat n Fig. 7.

Fig. 7 Stresul Von Mises

n Fig. 8 sunt prezentate zonele unde de fapt acioneaz stresul asupra frezei.

Fig. 8 Zonele de aciune

Raportat la aceste simulri, trebuiesc fcute teste reale pentru a vedea exact cum freza reacioneaz la condiiile reale de prelucrare.

Diverse condiii de prelucrare sunt ntlnite n situaii de prelucrare controlate adaptiv n cazul n care condiiile de funcionare, cum ar fi viteza de avans i viteza arborelui sunt ajustate continuu pentru a atinge obiectivele dorite.4 simularea caM 4.1 Informaii generaleFabricaia asistat de calculator (CAM) este definit ca utilizarea unui sistem informatic n planificarea, controlul i gestionarea operaiilor, direct sau indirect, prin intermediul oricarei interfae ntre resursele informatice i de producie.

CAM include aplicaii indirecte n care calculatorul are rolul de suport pentru operaiile de fabricare. n acest gen de aplicaii, calculatorul nu este conectat direct la procesul de producie, fiind utilizat off-line pentru ndeplinirea activitailor de planificare, generare a programelor, instruciunilor si informaiilor prin care resursele de producie ale ntreprinderii pot fi gestionate mult mai eficient.

4.2 Simularea CAD-CAM

n zilele noastre majoritatea programelor NC sunt create prin unelte de fabricaie asistate de calculator. Cu toate acestea, aceste tipuri de software considera doar piesa de lucru i unealta. Cu toate acestea, complexitatea tot mai mare de produse i piese cere o mai mare securitate n ceea ce privete funcionalitatea procesului i verificarea virtual bazat pe date digitale. Piesele extrem de complexe sunt realizate folosind procese extrem de complexe, cum ar fi frezare-strunjire pe maini-unelte cu axe multe. Prin urmare noi metode, cum ar fi simulri de main au fost dezvoltate i sunt utilizate pe scar larg. Aceste simulri pe main verifica funcionalitatea programul NC, fie n ceea ce privete prelucrabilitate sau compatibilitatea cu CNC (Fig. 9).

Fig. 9 SimulareaThe compatibility with the CNC are commonly checked with hardware in the loop simulations. However, a collision free NC program with correct CNC usage is not the only goal to be achieved during process planning. Surface quality and maintaining tolerances are crucial parts as well. The combination of a hardware in the loop machine simulation and a high resolution simulation of the process could be the right way to increase the expressiveness and usefulness of virtual prototypes. This is especially true for manufacturers who are producing small lots of parts and have to change their production process very often. Compatibilitile cu CNC sunt de obicei verificate cu hardware-ul n simulri bucl. Cu toate acestea, un program NC gratuit de coliziune cu utilizarea corect CNC nu este singurul scop de a fi atins n timpul planificrii procesului. Calitatea suprafeei i meninerea toleranei sunt piese eseniale, de asemenea. Combinaia dintre un hardware n simulare bucl pe main i o simulare de nalt rezoluie din proces ar putea fi modul corect de a crete expresivitatea i utilitatea prototipuri virtuale. Acest lucru este valabil mai ales pentru productorii de loturi mici de piese i trebuie s schimbe procesul de producie de foarte multe ori.4.3 Programele NC

Programele NC nou generate provenind din software-ul CAM sunt, de obicei, testate temeinic nainte de a merge la unealta mainii reale i nainte de procesul de aschiere actual. Prin urmare, software-ul comun CAM are o simulare integrat a procesului de aschiere prin simularea eliminrii de material la piesa de lucru. Cu toate acestea, simularea CAM integrat prezint doar procesul de achiere ntre scul i piesa de lucru brut.n Fig. 10 este prezentat lanul CAD-CAM, ncepnd cu sistemul CAD unde a fost conceput piesa dorit.

Fig. 10 Lanul CAD-CAM Dup simularea cu simulatorul mainii, utilizatorul este contient de toate problemele, de exemplu, cazurile de coliziune cu dispozitivul de strngere n zona de lucru i s le poat corecta.4.4 Fabricaie cu Catia V5 Pentru freza deget proiectat a fost simulat un program de fabricaie n Catia V5. Aceasta a nceput de la un semifabricat din oel de form paralelipipedic (Fig. 11). Tot pentru aceast simulare a fost modelat n Catia o frez deget cu dimensiunile aproximativ egale cu freza utilizat pentru test.

Fig. 11 Semifabricatul din oelAceast simulare descrie dou operaii simple, cu aceeai frez deget:

1- Frezare frontal (Fig. 12),

Fig. 12 Frezare frontal2- Frezare de conturare (Fig. 13).

Fig. 13 Frezare de conturareCatia V5 poate de asemenea s genereze programe NC uor i efficient. De exemplu, pentru simularea de mai sus, folosind postprocesorul Sinumerik 840D, a fost generat programul NC. O parte din acest cod NC este prezentat n Fig. 14. Acest program este uor de neles i de modificat, este generat n format ISO astfel c poate rula pe multe centre de frezat care au aceast interfa.

Fig. 14 Codul NC Datorit tuturor acestor funcii de care Catia V5 dispune, aceast cercetare a fost uor de relizat.5 ConcluziiO frez deget este un tip dintre freze, un instrument de tiere utilizate n aplicaii de frezare industriale. Aceasta se distinge de burghiu n aplicarea, geometria i fabricarea sa. n timp ce un burghiu poate prelucra numai n direcia axial, o frez reuete n toate direciile, dei unele nu pot tia axial.Frezele deget sunt folosite n aplicaii de frezare, cum ar fi frezarea de conturare, frezarea de marcare, frezarea frontal i frezarea de afundare.Freza deget conceput fost testate computerizat la deformaii statice, testat la stres n timpul procesului de prelucrare . Pentru a simula procesul de frezare prin ndeprtarea virtual de material la piesa de lucru, a fost prezentat o soluie care utilizeaz funcii de prelucrare.6 Bibliografiehttp://ac.els-cdn.com/S2212827113004289/1-s2.0-S2212827113004289-main.pdf?_tid=1f3fbfc6-9027-11e4-8f1e-00000aacb35f&acdnat=1419946023_8ad903ed2ea4d8c02f23fea37898b9c2http://ac.els-cdn.com/S2212827114002741/1-s2.0-S2212827114002741-main.pdf?_tid=49ba67d8-9027-11e4-a7f0-00000aacb360&acdnat=1419946094_5698f1141b75e886761baf35b0e686c0http://ac.els-cdn.com/S1018363911000365/1-s2.0-S1018363911000365-main.pdf?_tid=656b514a-9027-11e4-91ae-00000aab0f02&acdnat=1419946140_e3c0b85c8caff96a1a49bc319ce0333ehttp://www.lmtfettetools.com/catalogs/Milling%20Tools%20and%20Inserts/Milling%20Tools%20and%20Inserts%202004.pdfhttp://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=6130http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_steelhttp://www.sandvik.coromant.com/en-us/knowledge/milling/getting_started/milling_different_materials/hrsa_and_titanium_milling/pages/ceramic-inserts-cutter-for-roughing-hrsa.aspxhttp://www.learnengineering.org/2012/12/what-is-von-mises-stress.htmlhttp://www.chatillon.com/test-solutions/test-types/deformation-testing.aspxhttp://manufacturingscience.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1447125

http://en.wikipedia.org/wiki/End_mill6ACADEMIC JOURNAL OF MANUFACTURING ENGINEERING, VOL. 7, ISSUE 1/2009 5ACADEMIC JOURNAL OF MANUFACTURING ENGINEERING, VOL. 7,ISSUE 1/2009