Computer modelling of power load of face mill cutters with cylindrical rake face of during difficult-to-cut materials machining

Abstract

Вирішено задачу визначення силових характеристик процесу торцевого фрезерування шляхом комп’ютерного моделювання в середовищі DEFORM 3D. Досліджено вплив форми передньої поверхні круглих ножів торцевих фрез на площу контакту стружки з передньою поверхнею ножа, умови стружковідведення, динамічні силові навантаження як під час входу ножів у заготовку, так і після врізування. Підтверджується доцільність використання ножів із циліндричною передньою поверхнею в конструкції торцевих фрез, оскільки це зумовлює зменшення площі контакту стружки з передньою поверхнею ножа та покращення умов стружковідведення, в результаті чого забезпечується зменшення динамічного силового навантаження на ножі, як у момент врізування в заготовку, так і під час різання. Оскільки застосування генераторної схеми різання для торцевих фрез з циліндричною передньою поверхнею ножів накладає обмеження по глибині різання, то для умов оброблення з глибиною різання понад 1 мм запропоновано ступінчасту схему різання. За допомогою комп’ютерного моделювання процесу фрезерування плоских поверхонь деталей із загартованої високоміцної сталі й титанового сплаву визначаються силові характеристики для умов роботи ступінчастою торцевою фрезою з циліндричною передньою поверхнею ножів та стандартною фрезою з круглими пластинами. Для ступінчастої фрези підтверджується зменшення як ударних навантажень під час врізування ножа, так і середніх значень складової Pz сили різання порівняно зі стандартною фрезою для різних оброблюваних матеріалів. Зменшення крутного моменту від дії складової Pz створює передумови до зменшення ефективної потужності привода головного руху верстата, що може бути використане для оброблення зі збільшеними глибинами різання на верстатах малої потужності. Це може бути ще одним напрямом підвищення ефективності торцевого фрезерування важкооброблюваних матеріалів.

The paper deals with the problem of determining the power characteristics of face milling process by computer modelling in DEFORM 3D environment. The influence of the rake face shape of round face mill inserts on the contact area of the chips with the inserts surface, the conditions of the chip removal, the dynamic power loads both during the inserts entry into the workpiece and after the cutting are investigated. The efficient use of inserts with cylindrical rake face in the face mills designs proved, as these results in the decrease of the chip contact area with the inserts surface and improvement of the chip removal conditions. It results in the reduction of the tool dynamic force load, both at the time of entrance to the workpiece, and during cutting. Using computer modelling of the milling process for parts flat surfaces made from hardened high-strength steel and titanium alloy, strength characteristics are determined for the operation conditions with the stepped face mill with cylindrical rake face of the inserts and the standard mill with round inserts. For the stepped face mill the reduction of both impact loads during the entrance the insert to the workpiece and the average values of the component Pz of the cutting force is confirmed in comparison with the standard mills for the various processed materials. The reduction of torque from component Pz action creates the premises for reducing the effective power of the main movement of the machine drive, what can be used for machining with increased depth of cutting on low power machines. This may be another way of increasing the efficiency of the face milling of difficult-to-cut materials