Simulation of boring by smoothed particle hydrodynamics method

Abstract

Розглянуто можливість застосування методу згладжених часток гідродинаміки для моделювання процесів оброблення різанням на прикладі багатолезового розточування отворів. Метод згладжених частинок гідродинаміки все ширше використовується вченими при розробленні комп’ютерних моделей оброблення різанням. В якості програмного пакета для моделювання використано високо-нелінійний вирішувач LS-Dyna з явною постановкою задачі динамічного моделювання (Explicit dynamics). В якості моделі матеріалу заготовки використано формулювання за Джонсоном-Куком (Johnson-Cook) з відповідними емпіричними коефіцієнтами для кожного матеріалу. Також наведено механічні характеристики матеріалу, потрібні для моделювання у вирішувачі LS-Dyna. Для матеріалу заготовки змінювався матеріал, а режими різання залишались однаковими для всіх матеріалів відповідно. Заготовку згенеровано за допомогою методу згладжених частинок, а інструмент – сіткою. Для спрощення моделі використано абсолютно твердий інструмент (Rigid). Кінематичну схему обертання інструменту реалізовано за допомогою ключового слова INITIAL_VELOCITY_GENERATION. Для надання поступального руху інструменту та закріплення заготовки використано ключове слово BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION вирішувача. Для моделювання використано один комп’ютер з двоядерним процесором і частотою 3.3 МГц. Найбільший крок інтегрування для збіжності при чисельному розв’язуванні задачі оброблення лімітовано критерієм Куранта-Фрідріхса-Леві. Отримані в програмному пакеті результати моделювання показано у вигляді графіків, які побудовано з використанням внутрішніх інструментів та інтерпретатора вирішувача LS-Dyna Як бачимо, коливання сил різання при однакових режимах різання для різних матеріалів різні, а ефективна пластична деформація зростає пропорційно. Коливання сили різання при розточуванні в заданій моделі має найбільшу амплітуду для алюмінієвого сплаву марки A2024-T351. Для решти двох матеріалів коливання сил різання мають меншу амплітуду і пікове значення сили різання. Відповідно, найменше коливання сил різання отримано для сталі марки C45E. Зміни еквівалентних напружень за Мізесом теж змінюються за складним законом, але мають пікове значення при врізуванні різального інструменту.

The possibility of applying the smoothed particle hydrodynamics method for modeling of cutting processes on the example of multi-blade boring of holes is considered in this paper. Highly nonlinear LS-Dyna solver with an explicit statement of the dynamic modeling problem is used as a software package for modeling. Johnson-Cook formulation with the corresponding empirical coefficients for each material is used as the model of the workpiece material. Absolutely solid tool is used to simplify the model. The kinematic scheme of the tool rotation is implemented using the keyword INITIAL_VELOCITY_GENERATION. The simulation results obtained in the software package are presented in the form of graphs.