التحليل الميكانيكي لآلات الثقب العميق ومحاكاة عملية الحفر

الخلاصة: تتداخل معالجة الثقب العميق تحت حالة العتبة المغلقة ، ولا يمكن ملاحظة حالة القطع للأداة بشكل مباشر.يتم استخدام برنامج محاكاة تشكيل البلاستيك المعدني DEFORM-3D لمحاكاة عملية حفر الفتحات العميقة ديناميكيًا باستخدام طريقة العناصر المحدودة ، والتنبؤ بتغيرات درجة الحرارة والضغط في عملية المعالجة ، ومقارنة التغيرات في درجة الحرارة والضغط المكافئ تحت معايير الحفر المختلفة ، و الحصول على منحنيات التغيير لدرجة حرارة القطع والقوة اليسرى المكافئة تحت سرعات قطع مختلفة.تظهر النتائج أن درجة حرارة القطع تزداد مع زيادة عمق القطع ، وتميل إلى الاستقرار تدريجياً ؛تتناسب درجة حرارة القطع مع سرعة القطع ، بينما لا تتغير قوة التأثير كثيرًا مع تغيير معلمات القطع.

الكلمات الأساسية: حفرة عميقة روغونغ ؛D eform -3D ؛حفر
تعد معالجة الثقب العميق واحدة من أصعب العمليات في معالجة الثقب ، ويتم التعرف على تقنية الحفر الصلبة العميقة باعتبارها التكنولوجيا الرئيسية لتقنية تصنيع الفتحات العميقة.طريقة المعالجة التقليدية تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب عمالة مكثفة ، ودقة معالجة الفتحات العميقة ليست عالية ، وهناك أيضًا مشكلة التغيير المتكرر للأداة وخطر كسر الأداة [1].الحفر بالبندقية هو طريقة معالجة مثالية في الوقت الحاضر.في عملية معالجة الفتحة العميقة ، يكون أنبوب الحفر رقيقًا وطويلًا ، ويسهل انحرافه ، ويولد اهتزازًا ، والحرارة المتولدة وكتف القطع ليس من السهل تفريغها.لا يمكن مراقبة حالة القطع للأداة مباشرة.في الوقت الحالي ، لا توجد طريقة مثالية لمراقبة تغير درجة الحرارة وتوزيعها في منطقة القطع في الوقت الفعلي [w].يمكن استخدام التجربة فقط للحكم على ما إذا كانت عملية القطع طبيعية من خلال الاستماع إلى صوت القطع ومشاهدة الرقائق ولمس الاهتزاز وظواهر المظهر الأخرى.

في السنوات الأخيرة ، مع التطور السريع لتكنولوجيا أجهزة الكمبيوتر والمحاكاة العددية ، توفر تقنية المحاكاة طريقة علمية وتكنولوجية فعالة لحل هذه المشكلة [4].يعتبر حفر المحاكاة ذا أهمية كبيرة لتحسين دقة المعالجة واستقرار وكفاءة الثقوب العميقة.في الوقت الحالي ، يمكن لبعض العلماء الحكم بشكل غير مباشر أو التنبؤ بعملية المعالجة مقدمًا من خلال بعض طرق القياس المتقدمة وتحليل البرامج.على سبيل المثال ، أنشأ دينج جينجلونج من جامعة Xi'an Jiaotong وغيره من العلماء منصة قياس عبر الإنترنت لقياس القطر الداخلي للثقوب العميقة [5] ، لكن عملية المعالجة لا يمكن مراقبتها عبر الإنترنت ؛قام بعض المهندسين بتحسين تقنية معالجة الثقوب العميقة عن طريق تغيير الهيكل التقليدي لأداة الماكينة.على سبيل المثال ، من أجل منع كتف القطع من خدش جدار الفتحة بعد المعالجة ، تم استخدام مغزل أداة الماكينة في هيكل مقلوب ، وتم استخدام الوزن الذاتي لسائل القطع وكتف القطع لجعل تفريغ الرقائق أكثر سلاسة من الأخدود على شكل حرف V لأنبوب الحفر [6] وإجراءات أخرى ، يعمل على تحسين جودة الحفر بشكل فعال.

في هذا البحث ، يتم استخدام برنامج محاكاة تشكيل البلاستيك المعدني Def 〇 rm-3D لمحاكاة عملية الحفر ديناميكيًا ؛يتم الحصول على التغيرات في درجة الحرارة والضغط تحت سرعات القطع المختلفة ، ويتم التنبؤ مسبقًا بتأثير معالجة الفتحة العميقة ، مما يوفر أساسًا لتصميم وتنفيذ مبرد معالجة الفتحات العميقة.

1. مبدأ العمل وتكنولوجيا الحفر لمسدس الحفر
1.1 مبدأ عمل مثقاب البندقية
مثقاب البندقية هو الأداة الرئيسية لتصنيع الثقوب العميقة.تتميز بخصائص الدقة الجيدة وخشونة السطح المنخفضة بعد حفر واحد [7].يظهر الهيكل الأساسي لمثقاب البندقية في الشكل 1.
الشكل 1: الهيكل الأساسي لمدرب البندقية
يتكون مثقاب البندقية من رأس وأنبوب حفر ومقبض.الرأس هو الجزء الرئيسي من تدريبات المسدس بالكامل ، وهي مصنوعة بشكل عام من كربيد الأسمنت.هناك نوعان: النوع المتكامل والنوع الملحوم ، وعادة ما يتم لحامهما بأنبوب الحفر.عادة ما يكون أنبوب الحفر الخاص بالمسدس مصنوعًا من سبائك الصلب الخاصة ومعالجتها بالحرارة لجعلها تتمتع بقوة وصلابة جيدة ، ويجب أن تتمتع بالقوة والمتانة الكافية ؛يتم استخدام مقبض مثقاب المسدس لتوصيل الأداة بمغزل أداة الماكينة ، وقد تم تصميمه وتصنيعه وفقًا لمعايير معينة.

1.2 عملية حفر البندقية
أثناء التشغيل ، يتم تثبيت مقبض مثقاب المسدس على محور دوران أداة الماكينة ، ويدخل مثقاب الحفر إلى قطعة العمل من خلال فتحة التوجيه أو غلاف التوجيه للحفر.يلعب الهيكل الفريد لشفرة الحفر دور التوجيه الذاتي ، مما يضمن دقة القطع.قم أولاً بمعالجة الفتحة التجريبية ، ثم قم بالوصول إلى 2 ~ 5 مم على الفتحة التجريبية بسرعة تغذية معينة ، أي النقطة الموجودة في الشكل 2. وفي نفس الوقت ، افتح المبرد عن طريق التبريد البيني ؛ابدأ المعالجة بالسرعة العادية بعد الوصول إلى الفتحة التجريبية.أثناء عملية التصنيع ، اعتمد التغذية المتقطعة ، وأطعم في كل مرة!2 عمق ، تحقيق حفرة عميقة وأكتاف قصيرة ؛عند الانتهاء من المعالجة وترك الكيان ، اسحب الأداة أولاً بسرعة عالية إلى مسافة معينة من قاع الحفرة ، ثم اخرج من الفتحة التجريبية بسرعة منخفضة ، وأخيراً اترك قطعة العمل الآلية بسرعة وأوقف المبرد.العملية برمتها موضحة في الشكل 2. يمثل الخط المنقط في الشكل تغذية سريعة ، ويمثل الخط الصلب تغذية بطيئة.

2. تحليل قوة حفر حفرة عميقة
بالمقارنة مع طرق القطع المعدنية الأخرى ، فإن الاختلاف الأكثر أهمية بين حفر الفتحة العميقة وطرق القطع المعدنية الأخرى هو أن حفر الفتحة العميقة يستخدم موضع ودعم كتلة التوجيه للحفر في التجويف المغلق.التلامس بين الأداة وقطعة العمل ليس جهة التلامس الفردية للشفرة + 91 ، ولكن أيضًا الاتصال بين كتلة التوجيه الإضافية على الأداة وقطعة العمل.
كما هو مبين في الشكل 3. يتكون الثقب العميق من ثلاثة أجزاء: جسم أداة القطع ، سن القاطع وكتلة التوجيه.جسم القاطع مجوف.يدخل كتف القطع من الطرف الأمامي ويخرج من خلال تجويف أنبوب الحفر.يستخدم الخيط الخلفي للتوصيل بأنبوب الحفر.يتم تقسيم حافة القطع الرئيسية لأسنان القاطع إلى قسمين ، وهما الحافة الخارجية والحافة الداخلية.
بأخذ الكوبالت الموجود في الفتحة العميقة للكتف الداخلي متعدد الشفرات كمثال ، تكون الشفرة المساعدة وكتلتان توجيهيتان على نفس المحيط ، وتكون الدائرة الثابتة ثلاثية النقاط موجهة ذاتيًا.يتم تحليل القوة عليها.يظهر النموذج الميكانيكي المبسط في الشكل

4. (1) قوة القطع F. يمكن أن تتحلل قوة القطع على أدوات الفتحات العميقة إلى قوى عرضية متعامدة بشكل متبادل F ، ، وقوى شعاعية F ، وستؤدي القوة الشعاعية للقوة المحورية مباشرة إلى تشوه الانحناء للأداة ، وزيادة القوة المحورية. تآكل ، في حين أن القوة العرضية على حافة القطع تنتج عزم الدوران بشكل أساسي.في عملية المعالجة ، من المأمول دائمًا تقليل القوة المحورية وعزم الدوران قدر الإمكان على أساس ضمان جودة المعالجة وكفاءتها.بشكل عام ، ترتبط مدة خدمة الأداة مباشرة بالقوة المحورية وعزم الدوران.القوة المحورية الزائدة تجعل كسر لقمة الحفر أسهل ، كما أن عزم الدوران المفرط سيسرع من تآكل وكسر الأداة حتى يتم التخلص منها [1 درجة].
(2) الاحتكاك F /.يتم إنشاء الاحتكاك / و / 2 عندما تدور كتلة التوجيه بالنسبة إلى جدار الفتحة ؛الاحتكاك المحوري بين كتلة التوجيه وجدار الفتحة عندما يتحرك على طول المحور هو / lu و 7 L ؛
(3) قوة البثق قوة البثق ناتجة عن التشوه المرن لجدار الفتحة.قوة البثق بين كتلة التوجيه وجدار الثقب هي M و ^ 2. وفقًا لمبدأ توازن نظام القوة ، يمكن معرفة ما يلي:
حيث: هي القوة الناتجة عن قوة القطع العمودية ؛F ،.ناتج عن قوة القطع الشعاعية ؛F هو نتيجة قوة القطع المحيطية.بافتراض أن معامل الاحتكاك كولوم فقط هو الذي يؤخذ في الاعتبار ، فإن الاحتكاك المحوري والاحتكاك المحيطي على كتلة التوجيه متساويان.يمكن أن يكون مباشرة من خلال التجربة
قم بتوصيل عزم الدوران M و F a المقاس أثناء معالجة الفتحة العميقة.
بالنسبة لقمة حفر معينة ، يكون قطرها الاسمي ويتم تحديد زاوية موضع كتلة التوجيه.بالإضافة إلى ذلك ، فإن القوة المحورية التجريبية لقوة القطع هي نصف قوة القطع الرئيسية.من خلال تجميع الصيغة أعلاه ، يمكن حساب مكونات قوة القطع والقوة على كتلة التوجيه.

3. محاكاة الحفر لمسدس الحفر
يتم إجراء الثقب العميق للكتف الداخلي في حالة مغلقة أو شبه مغلقة.ليس من السهل تشتيت حرارة القطع ، ومن الصعب ترتيب الكتف ، كما أن صلابة نظام العملية ضعيفة.عندما لا يتمكن المبرد المنتج في الحفر من دخول منطقة القطع ، مما يؤدي إلى ضعف التبريد والتشحيم ، سترتفع درجة حرارة الأداة بشكل حاد ، مما يؤدي إلى تسريع تآكل الأداة ؛مع زيادة عمق الحفر ، يزداد بروز الأداة ، وتقل صلابة نظام عملية الحفر.كل هذا طرح بعض المتطلبات الخاصة لعملية حفر الفتحات العميقة مع إزالة الرقاقة الداخلية.تتنبأ هذه الورقة بالحرارة وقوة القطع المتولدة في عملية القطع من خلال محاكاة التكاثر لظروف المعالجة الفعلية ، والتي توفر أساسًا لتحسين عملية حفر الفتحات العميقة.3.1 تعريف معاملات الحفر وخصائص المواد DEFORM عبارة عن مجموعة من نظام محاكاة العملية القائمة على العناصر المحدودة لتحليل عملية تشكيل المعادن.من خلال محاكاة عملية المعالجة بأكملها على الكمبيوتر ، يمكن للمهندسين والمصممين التنبؤ بالعوامل الضارة في ظل ظروف العمل المختلفة مسبقًا وتحسين عملية المعالجة بشكل فعال nM2].في هذا البحث ، يتم استخدام برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد Pm / E لرسم نموذج أداة المحاكاة ، ويتم حفظ النموذج حيث يتم استيراد تنسيق STL إلى Defo rm - 3 D. يتم عرض معلمات وشروط القطع المحددة في الجدول 1.
(1) تحديد ظروف العمل: حدد الحفر كنوع المعالجة ، ومعيار الوحدة هو SI ، أدخل سرعة القطع ومعدل التغذية ، ودرجة الحرارة المحيطة 20t: ، عامل الاحتكاك لسطح التلامس بقطعة العمل هو 0.6 ، ونقل الحرارة المعامل 45 واط / م 2.0 درجة مئوية ، والذوبان الحراري 15 نيوتن / مم 2 / س.
(2) إعداد الأداة وقطعة العمل: الأداة صلبة ، المادة 45 فولاذ ، قطعة العمل من البلاستيك ، والمادة من كربيد المرحاض.
(3) عيِّن العلاقة بين الكائنات: علاقة الرقيق الرئيسية لـ D e fo rm هي أن الجسم الصلب هو الجزء الرئيسي والجسم البلاستيكي هو العبد ، وبالتالي فإن الأداة نشطة ويتم تشغيل قطعة العمل.
الجدول 1 المعلمات الرئيسية للشغل والأداة
من أجل مقارنة تأثير معلمات العملية المختلفة على التغيرات في درجة الحرارة والضغط والضغط في عملية القطع ، يتم إجراء المحاكاة تحت معلمات حفر مختلفة كما هو موضح في الجدول 2 ، ويتم ملاحظة النتائج.
الجدول 2 معلمات حفر البندقية

3.2 محاكاة الحفر وتحليل النتائج
(1) درجة الحرارة
يتم تحويل معظم الطاقة المستهلكة في قطع المعادن إلى طاقة حرارية.تتسبب هذه الحرارة في ارتفاع درجة حرارة منطقة القطع وتؤثر بشكل مباشر على تآكل الأداة ودقة المعالجة وجودة سطح قطعة العمل.في قطع المعادن عالي السرعة ، يؤدي الاحتكاك الشديد والكسر إلى ارتفاع درجة الحرارة المحلية إلى درجة حرارة عالية جدًا في وقت قصير.في الحفر بالمسدس ، تأتي الحرارة بشكل أساسي من تشوه كتف القطع المعدني ، والاحتكاك بين وسادة دعم الحفر ووسادة ثقب قطعة العمل ، واحتكاك كتف القطع على وجه أشعل النار [13].كل هذه الحرارة تحتاج إلى تبريد بواسطة سائل القطع.من خلال محاكاة عملية الحفر ، يتم الحصول على تغيرات درجة الحرارة في منطقة التلامس لقطعة العمل بسرعات وتغذية مختلفة.توفر هذه البيانات أساسًا للتصميم لتحسين نظام التبريد أثناء معالجة الفتحات العميقة.نظرًا لمتطلبات الأداء العالي للكمبيوتر لمحاكاة عملية الحفر ، فإنه يستغرق وقتًا طويلاً لمحاكاة عملية معالجة الثقب الكاملة.من خلال تحديد حجم خطوة محاكاة الحفر ، يتم التحكم في عمق المحاكاة لتحقيق معالجة مستقرة.
إعداد حالة المحاكاة يتم تعيين عدد خطوات المحاكاة على 1000 ، ويتم تعيين عدد خطوات فاصل المحاكاة على 50 ، ويتم حفظ البيانات تلقائيًا كل 50 خطوة ؛تتبنى Deform-3D تقنية توليد الشبكات التكيفية.الشغل عبارة عن جسم بلاستيكي.يتم استخدام جيل الشبكة لحساب قوة القطع.يظهر نوع العنصر المطلق في الشكل 5 ، وتظهر نتائج المحاكاة في

الجدول 3.
الشكل 5 نموذج العناصر المحدودة وعملية الحفر لحفر حفرة عميقة
الجدول 3 جمع البيانات من سرعة القطع ودرجة الحرارة مع الخطوات
من خلال تحليل ومعالجة البيانات الواردة في الجدول 3 ، يتم الحصول على منحنيات تغير درجة حرارة منطقة قطع قطعة العمل مع عدد الخطوات في ظل ثلاثة ظروف عمل كما هو موضح في الشكل 6.
يوضح الشكل 6 أن سرعة الحفر لها تأثير كبير على درجة حرارة منطقة التلامس بقطعة العمل.في بداية الحفر ، يبدأ لقمة الحفر وقطعة العمل في الاتصال ، ويكون معدل التغذية كبيرًا.يؤدي التأثير الحاد للأداة على قطعة العمل إلى تغيير درجة الحرارة الأولية بشكل كبير والارتفاع بسرعة.نظرًا لأن الحفر يميل إلى أن يكون مستقرًا ، يصبح المنحنى بشكل عام لطيفًا ولكنه لا يزال متقلبًا ، وهو أمر طبيعي لمعالجة الفتحات العميقة.نظرًا لأن قطر لقمة الحفر صغير ومعدل التغذية كبير ، سيستمر الاهتزاز.
يمكن أيضًا أن نرى من الشكل 6 أن سرعة الحفر لها تأثير كبير على درجة الحرارة.مع زيادة السرعة تزداد درجة حرارة الحفر أعلى وأعلى.من نتائج نموذج العناصر المحدودة ، تحدث درجة الحرارة القصوى المتولدة عند سرعات حفر مختلفة في منطقة التشوه الموضعية بالقرب من نقطة الحفر ، لأن هذا هو المكان الذي يتركز فيه تشوه البلاستيك واحتكاك كتف الأداة.
الشكل 6 منحنى التباين لدرجة حرارة منطقة التلامس مع سرعة القطع

(2) توزيع الإجهاد المكافئ
إجهاد فون ميزس هو إجهاد مكافئ يعتمد على طاقة إجهاد القص ومعيار العائد.بعد إدخال الإجهاد المكافئ ، بغض النظر عن مدى تعقيد حالة الإجهاد لجسم العنصر ، يمكن تخيله على أنه إجهاد عند تحمل توتر أحادي الاتجاه على القيمة العددية.تعكس العلاقة المقابلة بين الإجهاد المكافئ والإجهاد المكافئ الذي تم الحصول عليه من التحليل صلابة العمل لمادة قطعة العمل الناتجة عن تشوه البلاستيك من خلال تحليل العناصر المحدودة. تم الحصول على تغييرات الضغط المكافئة لحفر المسدس بسرعات حفر مختلفة.الفاصل الزمني للمحاكاة هو 50 خطوة ، ويتم حفظ النتائج تلقائيًا كل 50 خطوة ، كما هو موضح في الجدول 4.

الجدول 4 جمع البيانات لسرعة القطع والقوة المتساوية مع الخطوات
يظهر تحليل العلاقة بين الإجهاد المكافئ وعدد الخطوات في الشكل 7. ويمكن ملاحظة أن سرعات المغزل المختلفة لها تأثير ضئيل على الضغط المكافئ لقطعة العمل أثناء المعالجة ، وتتقلب ضمن نطاق معين ، ولكن اتجاه الحد الأقصى لتغيير الإجهاد المكافئ في ظل ظروف المعالجة الثلاثة مشابه جدًا.
يوضح المنحنى الموضح في الشكل 7 للضغط المكافئ للحفر أن الضغط في المرحلة الأولية من الحفر كبير.عندما يصبح عمق الحفر مستقرًا ، ينخفض ​​المنحنى بشكل عام ويصبح لطيفًا.في الوقت نفسه ، من خلال تحليل الإجهاد والانفعال ، يبلغ الحد الأقصى للضغط المكافئ لمثقاب البندقية 1550 ميجا باسكال ، والإزاحة القصوى الإجمالية هي 0.0823 متر مكعب.

4. الخلاصة
يتم محاكاة عملية قطع الفتحات العميقة بشكل فعال باستخدام برنامج Defo rm.يتم تحليل التغير في درجة الحرارة وتغير الإجهاد في عملية القطع ، ويتم الحصول على منحنى التغيير بين درجة حرارة القطع وسرعة القطع.يوفر هذا أساسًا معينًا لدراسة آلية القطع لآلة الثقب العميق ، واختيار معلمات القطع وتصميم نظام التبريد في المعالجة الفعلية.