Πειραµατικός προσδιορισµός των συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου των δυνάµεων κοπής για κοπτικό εργαλείο πλακίδιο σκληροµετάλλου κατηγορίας Ρ 0 µε επικάλυψη TiN και υλικό κατεργασίας χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 Σκοπός του ερευνητικού αυτού έργου είναι ο προσδιορισµός, µέσω πειραµάτων, των σταθερών συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου που περιγράφει τις δυνάµεις κοπής κατά το φραιζάρισµα για το συγκεκριµένο ζεύγος υλικού κοπτικού εργαλείου σκληροµετάλλου κατηγορίας Ρ0 µε επικάλυψη Τιτανίου Αζώτου TiN κατεργαζόµενου τεµαχίου χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 (DIN) ή 4140 (AISI). Η σύσταση του χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: Χηµική σύσταση (κατά βάρος %) C Si Mn Cr Mo Ni V W Άλλα 4CrMo4 0,38 0,15 0,50 0,90 0.15 max - - - Τα παραδοτέα του ερευνητικού αυτού έργου είναι µία βάση δεδοµένων µε τις τιµές των συνιστωσών της δύναµης κοπής για το συγκεκριµένο ζεύγος υλικού κοπτικού εργαλείου και ο προσδιορισµός, µε βάση τα πειραµατικά δεδοµένα, των σταθερών συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου που περιγράφει τις δυνάµεις κοπής κατά το φραιζάρισµα. Οι συνθήκες κοπής κατά την εκτέλεση των πειραµάτων παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: Αξονικό βάθος κοπής σε mm 0,6 Πρόωση σε mm/rev 0,055 Ταχύτητα κοπής 50 m/min για όλα τα πειράµατα Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 1
Για τη µέτρηση των δυνάµεων χρησιµοποιήθηκε δυναµοµετρική τράπεζα πιεζοκρυστάλλων τύπου Kistler. Για κάθε δύναµη κοπής που µετράται παράγονται από τη δυναµοµετρική τράπεζα τρία ηλεκτρικά σήµατα που αντιστοιχούν στις συνιστώσεις της δύναµης κοπής Fz, Fy, Fx και τα οποία µέσω µίας µονάδας ελέγχου που λειτουργεί ως ενισχυτής και διαµορφωτής σήµατος µετατρέπονται σε ηλεκτρική τάση της τάξεως των mvolt. Τα αναλογικά αυτά σήµατα αφού ενισχυθούν καταλλήλως, µετατρέπονται σε ψηφιακά για να καταστεί δυνατή η επεξεργασία τους. Η µετατροπή τους πραγµατοποιείται µέσω µίας κάρτας ψηφιοποίησης, η οποία παρεµβάλλεται µεταξύ της δυναµοµετρικής τράπεζας και της µονάδας επεξεργασίας τους, που στην προκειµένη περίπτωση είναι ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής µε κατάλληλο λογισµικό. Το λογισµικό που επιλέχθηκε να χρησιµοποιηθεί ήτανε το Labview, το οποίο διακρίνεται για την ακρίβειά του και την ευκολία στη χρήση του. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα παρουσιάζονται στους παρακάτω πίνακες: α/α Fz (Nt) Fy (Nt) Fx (Nt) t (msec) 1 143,555 64,453 89,844 1 14,578 64,453 89,844 3 143,555 64,453 89,844 3 4 143,555 64,453 89,844 4 5 143,555 64,453 89,844 5 6 14,578 64,453 89,844 6 7 143,555 64,453 90,8 7 8 143,555 64,453 89,844 8 9 14,578 63,477 89,844 9 10 143,555 63,477 89,844 10 11 143,555 64,453 89,844 11 1 14,578 64,453 90,8 1 13 14,578 64,453 90,8 13 14 14,578 63,477 89,844 14 15 14,578 64,453 90,8 15 16 14,578 64,453 90,8 16 17 14,578 63,477 89,844 17 18 14,578 63,477 89,844 18 19 14,578 63,477 89,844 19 0 14,578 63,477 89,844 0 1 141,60 63,477 89,844 1 141,60 63,477 89,844 3 141,60 63,477 89,844 3 4 140,65 63,477 89,844 4 5 141,60 63,477 89,844 5 6 140,65 6,5 89,844 6 7 140,65 63,477 88,867 7 8 140,65 6,5 88,867 8 9 140,65 63,477 88,867 9.......... 9990 139,648 63,477 87,891 9990 9991 139,648 63,477 88,867 9991 999 140,65 63,477 88,867 999 9993 140,65 63,477 88,867 9993 9994 140,65 63,477 88,867 9994 9995 140,65 63,477 88,867 9995 9996 140,65 63,477 88,867 9996 9997 140,65 63,477 88,867 9997 9998 140,65 64,453 89,844 9998 9999 141,60 63,477 89,844 9999 10000 141,60 63,477 89,844 10000 Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν.
Παρακάτω παρουσιάζονται διαγραµµατικά οι παραπάνω µετρήσεις: 180 F (Nt) 160 140 10 100 80 60 40 0 0 0,0 0,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 t (sec) Fz (Nt) Fy (Nt) Fx (Nt) Πολλοί ερευνητές ασχολήθηκαν κατά καιρούς µε τον προσδιορισµό των δυνάµεων κοπής κατά την κατεργασία υλικών και διατύπωσαν διάφορα µοντέλα πρόβλεψης τους. Τα µοντέλα αυτά είναι εξισώσεις που έχουν προκύψει µε αναλυτικό ή ηµιεµπειρικό τρόπο και εκφράζουν τις δυνάµεις κοπής σε συνάρτηση µε τις συνθήκες που χρησιµοποιούνται κατά την κοπή.τα αναλυτικά µοντέλα βασίζονται πάνω στην θεωρία των µηχανισµών της κοπής και τα διακρίνει ασάφια και πολυπλοκώτητα. Για αυτό και προτιµάται η χρήση των ηµιεµπειρικών µοντέλων τα οποία περιλαµβάνουν σταθερές που προσδιορίζονται µέσω πειραµάτων.το περισσότερο χρησιµοποιούµενο ηµιεµπειρικό µοντέλο, παρότι είναι αρκέτα παλιό, είναι αυτό που διατύπωσαν οι Kienzle Victor και είναι γνωστό ως «µοντέλο της ειδικής αντίστασης κοπής». Στην ουσία είναι µια εξίσωση F C = K S * A, όπου A είναι η επιφάνεια του απαραµόρφωτου αποβλήτου, η οποία ισούται µε το γινόµενο του βάθους κοπής α (mm) επί την πρόωση s (mm/rev) και K S µια σταθερά η οποία εξαρτάται από τις εκάστοτε συνθήκες κοπής (υλικό κοπτικού εργαλείου και υλικό κατεργαζόµενου τεµαχίου). F Z = (F Z1 + F Z +..+ F Z9999 + F Z10000 )/10000 = 149,77 (Nt) F y = (F y1 + F y +.. + F y9999 + F y10000 ) / 10000 = 67,09 (Nt) F x = (F x1 + F x +.. + F x9999 + F x10000 ) / 10000 = 9,8 (Nt) Παραδοτέο Σπυριδων Ιωάν. 3
Οπότε για το υλικό κατεργασίας 3.4CrMo4 υπολογίζουµε την Συνισταµένη κύρια δύναµη κοπής F C1A1 : F C1A1 = F Zµ 1Α 1 + F Yµ 1Α1 + F Xµ 1Α1 F C1A1 = 149,77 + 67,09 + 9,8 F C1A1 = 431,05 + 4501,06 + 8615, 55 F C1A1 = 431,05 + 13117, 15 F C1A1 = 431,05 + 114, 53 F C1A1 = 545, 58 F C1A1 = 150,15 Μετά µε βάθος κοπής α B =0,6 mm και πρόωση S 1 =0,055 mm/rev θα υπολογίσουµε τον Συντελεστή της δύναµη κοπής K S1A1 : FC 1A1 150,15 150,15 K S1A1 = = = = 4550 [Nt/mm ] a S 0,6 * 0,055 0,033 B * 1 Παραδοτέο Σπυριδων Ιωάν. 4
Πειραµατικός προσδιορισµός των συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου των δυνάµεων κοπής για κοπτικό εργαλείο πλακίδιο σκληροµετάλλου κατηγορίας Ρ 0 µε επικάλυψη TiN και υλικό κατεργασίας χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 Σκοπός του ερευνητικού αυτού έργου είναι ο προσδιορισµός, µέσω πειραµάτων, των σταθερών συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου που περιγράφει τις δυνάµεις κοπής κατά το φραιζάρισµα για το συγκεκριµένο ζεύγος υλικού κοπτικού εργαλείου σκληροµετάλλου κατηγορίας Ρ0 µε επικάλυψη Τιτανίου Αζώτου TiN κατεργαζόµενου τεµαχίου χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 (DIN) ή 4140 (AISI). Η σύσταση του χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: Χηµική σύσταση (κατά βάρος %) C Si Mn Cr Mo Ni V W Άλλα 4CrMo4 0,38 0,15 0,50 0,90 0.15 max - - - Τα παραδοτέα του ερευνητικού αυτού έργου είναι µία βάση δεδοµένων µε τις τιµές των συνιστωσών της δύναµης κοπής για το συγκεκριµένο ζεύγος υλικού κοπτικού εργαλείου και ο προσδιορισµός, µε βάση τα πειραµατικά δεδοµένα, των σταθερών συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου που περιγράφει τις δυνάµεις κοπής κατά το φραιζάρισµα. Οι συνθήκες κοπής κατά την εκτέλεση των πειραµάτων παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: Αξονικό βάθος κοπής σε mm 0,6 Πρόωση σε mm/rev 0,11 Ταχύτητα κοπής 50 m/min για όλα τα πειράµατα Παραδοτέο Σπυριδων Ιωάν. 5
Για τη µέτρηση των δυνάµεων χρησιµοποιήθηκε δυναµοµετρική τράπεζα πιεζοκρυστάλλων τύπου Kistler. Για κάθε δύναµη κοπής που µετράται παράγονται από τη δυναµοµετρική τράπεζα τρία ηλεκτρικά σήµατα που αντιστοιχούν στις συνιστώσεις της δύναµης κοπής Fz, Fy, Fx και τα οποία µέσω µίας µονάδας ελέγχου που λειτουργεί ως ενισχυτής και διαµορφωτής σήµατος µετατρέπονται σε ηλεκτρική τάση της τάξεως των mvolt. Τα αναλογικά αυτά σήµατα αφού ενισχυθούν καταλλήλως, µετατρέπονται σε ψηφιακά για να καταστεί δυνατή η επεξεργασία τους. Η µετατροπή τους πραγµατοποιείται µέσω µίας κάρτας ψηφιοποίησης, η οποία παρεµβάλλεται µεταξύ της δυναµοµετρικής τράπεζας και της µονάδας επεξεργασίας τους, που στην προκειµένη περίπτωση είναι ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής µε κατάλληλο λογισµικό. Το λογισµικό που επιλέχθηκε να χρησιµοποιηθεί ήτανε το Labview, το οποίο διακρίνεται για την ακρίβειά του και την ευκολία στη χρήση του. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα παρουσιάζονται στους παρακάτω πίνακες: α/α Fz (Nt) Fy (Nt) Fx (Nt) t (msec) 1 1,891 88,867 117,187 1 13,867 89,844 117,187 3 1,891 88,867 117,187 3 4 1,891 89,844 117,187 4 5 13,867 89,844 117,187 5 6 13,867 90,8 117,187 6 7 1,891 89,844 117,187 7 8 1,891 89,844 118,164 8 9 1,891 90,8 118,164 9 10 11,914 90,8 117,187 10 11 1,891 90,8 117,187 11 1 1,891 90,8 117,187 1 13 1,891 90,8 118,164 13 14 11,914 90,8 117,187 14 15 11,914 90,8 117,187 15 16 1,891 90,8 117,187 16 17 1,891 90,8 117,187 17 18 11,914 89,844 117,187 18 19 11,914 89,844 117,187 19 0 11,914 90,8 117,187 0 1 1,891 89,844 117,187 1 11,914 89,844 116,11 3 11,914 89,844 116,11 3 4 11,914 89,844 116,11 4 5 11,914 89,844 116,11 5 6 11,914 89,844 116,11 6 7 11,914 89,844 117,187 7 8 10,937 89,844 117,187 8 9 10,937 89,844 117,187 9.......... 9990 5,586 9,773 10,117 9990 9991 5,586 9,773 10,117 9991 999 5,586 91,797 10,117 999 9993 5,586 9,773 10,117 9993 9994 5,586 9,773 10,117 9994 9995 5,586 9,773 10,117 9995 9996 6,56 9,773 119,141 9996 9997 5,586 9,773 119,141 9997 9998 6,56 9,773 10,117 9998 9999 6,56 9,773 119,141 9999 10000 6,56 9,773 119,141 10000 Παραδοτέο Σπυριδων Ιωάν. 6
Παρακάτω παρουσιάζονται διαγραµµατικά οι παραπάνω µετρήσεις: 300 50 00 F (Nt) 150 100 Fz (Nt) Fy (Nt) Fx (Nt) 50 0 0 0,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 t (sec) Πολλοί ερευνητές ασχολήθηκαν κατά καιρούς µε τον προσδιορισµό των δυνάµεων κοπής κατά την κατεργασία υλικών και διατύπωσαν διάφορα µοντέλα πρόβλεψης τους. Τα µοντέλα αυτά είναι εξισώσεις που έχουν προκύψει µε αναλυτικό ή ηµιεµπειρικό τρόπο και εκφράζουν τις δυνάµεις κοπής σε συνάρτηση µε τις συνθήκες που χρησιµοποιούνται κατά την κοπή.τα αναλυτικά µοντέλα βασίζονται πάνω στην θεωρία των µηχανισµών της κοπής και τα διακρίνει ασάφια και πολυπλοκώτητα. Για αυτό και προτιµάται η χρήση των ηµιεµπειρικών µοντέλων τα οποία περιλαµβάνουν σταθερές που προσδιορίζονται µέσω πειραµάτων.το περισσότερο χρησιµοποιούµενο ηµιεµπειρικό µοντέλο, παρότι είναι αρκέτα παλιό, είναι αυτό που διατύπωσαν οι Kienzle Victor και είναι γνωστό ως «µοντέλο της ειδικής αντίστασης κοπής». Στην ουσία είναι µια εξίσωση F C = K S * A, όπου A είναι η επιφάνεια του απαραµόρφωτου αποβλήτου, η οποία ισούται µε το γινόµενο του βάθους κοπής α (mm) επί την πρόωση s (mm/rev) και K S µια σταθερά η οποία εξαρτάται από τις εκάστοτε συνθήκες κοπής (υλικό κοπτικού εργαλείου και υλικό κατεργαζόµενου τεµαχίου). F Z = (F Z1 + F Z +..+ F Z9999 + F Z10000 )/10000 = 1,4 (Nt) F y = (F y1 + F y +.. + F y9999 + F y10000 ) / 10000 = 93,43 (Nt) F x = (F x1 + F x +.. + F x9999 + F x10000 ) / 10000 = 118,7 (Nt) Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 7
Οπότε για το υλικό κατεργασίας 4CrMo4 υπολογίζουµε την Συνισταµένη κύρια δύναµη κοπής F C1A : F C1A = F Zµ 1Α + F Yµ 1Α + F Xµ 1Α F C1A = 1,4 + 93,43 + 118,7 F C1A = 48947,13 + 879,16 + 13987, 79 F C1A = 48947,13 + 716, 95 F C1A = 48947,13 + 150, 7 F C1A = 49097, 85 F C1A = 1,58 Μετά µε βάθος κοπής α B =0.6 mm και πρόωση S =0.11 mm/rev θα υπολογίσουµε τον Συντελεστή της δύναµη κοπής K S1A : FC 1A 1,58 1,58 K S1A = = = = 3357, 7 [Nt/mm ] a S 0,6 * 0,11 0,066 B * Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 8
Πειραµατικός προσδιορισµός των συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου των δυνάµεων κοπής για κοπτικό εργαλείο πλακίδιο σκληροµετάλλου κατηγορίας Ρ 0 µε επικάλυψη TiN και υλικό κατεργασίας χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 Σκοπός του ερευνητικού αυτού έργου είναι ο προσδιορισµός, µέσω πειραµάτων, των σταθερών συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου που περιγράφει τις δυνάµεις κοπής κατά το φραιζάρισµα για το συγκεκριµένο ζεύγος υλικού κοπτικού εργαλείου σκληροµετάλλου κατηγορίας Ρ0 µε επικάλυψη Τιτανίου Αζώτου TiN κατεργαζόµενου τεµαχίου χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 (DIN) ή 4140 (AISI). Η σύσταση του χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: Χηµική σύσταση (κατά βάρος %) C Si Mn Cr Mo Ni V W Άλλα 4CrMo4 0,38 0,15 0,50 0,90 0.15 max - - - Τα παραδοτέα του ερευνητικού αυτού έργου είναι µία βάση δεδοµένων µε τις τιµές των συνιστωσών της δύναµης κοπής για το συγκεκριµένο ζεύγος υλικού κοπτικού εργαλείου και ο προσδιορισµός, µε βάση τα πειραµατικά δεδοµένα, των σταθερών συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου που περιγράφει τις δυνάµεις κοπής κατά το φραιζάρισµα. Οι συνθήκες κοπής κατά την εκτέλεση των πειραµάτων παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: Αξονικό βάθος κοπής σε mm 0,6 Πρόωση σε mm/rev 0, Ταχύτητα κοπής 50 m/min για όλα τα πειράµατα Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 9
Για τη µέτρηση των δυνάµεων χρησιµοποιήθηκε δυναµοµετρική τράπεζα πιεζοκρυστάλλων τύπου Kistler. Για κάθε δύναµη κοπής που µετράται παράγονται από τη δυναµοµετρική τράπεζα τρία ηλεκτρικά σήµατα που αντιστοιχούν στις συνιστώσεις της δύναµης κοπής Fz, Fy, Fx και τα οποία µέσω µίας µονάδας ελέγχου που λειτουργεί ως ενισχυτής και διαµορφωτής σήµατος µετατρέπονται σε ηλεκτρική τάση της τάξεως των mvolt. Τα αναλογικά αυτά σήµατα αφού ενισχυθούν καταλλήλως, µετατρέπονται σε ψηφιακά για να καταστεί δυνατή η επεξεργασία τους. Η µετατροπή τους πραγµατοποιείται µέσω µίας κάρτας ψηφιοποίησης, η οποία παρεµβάλλεται µεταξύ της δυναµοµετρικής τράπεζας και της µονάδας επεξεργασίας τους, που στην προκειµένη περίπτωση είναι ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής µε κατάλληλο λογισµικό. Το λογισµικό που επιλέχθηκε να χρησιµοποιηθεί ήτανε το Labview, το οποίο διακρίνεται για την ακρίβειά του και την ευκολία στη χρήση του. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα παρουσιάζονται στους παρακάτω πίνακες: α/α Fz (Nt) Fy (Nt) Fx (Nt) t (msec) 1 379,883 153,3 171,875 1 379,883 153,3 171,875 3 379,883 15,344 171,875 3 4 379,883 15,344 17,85 4 5 378,906 15,344 17,85 5 6 378,906 151,367 171,875 6 7 379,883 15,344 171,875 7 8 380,859 151,367 171,875 8 9 380,859 15,344 171,875 9 10 380,859 15,344 170,898 10 11 380,859 15,344 170,898 11 1 380,859 15,344 169,9 1 13 380,859 15,344 169,9 13 14 380,859 15,344 170,898 14 15 380,859 15,344 170,898 15 16 379,883 15,344 171,875 16 17 379,883 15,344 17,85 17 18 379,883 15,344 17,85 18 19 379,883 15,344 171,875 19 0 379,883 15,344 170,898 0 1 379,883 15,344 170,898 1 379,883 153,3 170,898 3 378,906 15,344 170,898 3 4 378,906 15,344 171,875 4 5 378,906 15,344 17,85 5 6 378,906 15,344 17,85 6 7 379,883 151,367 17,85 7 8 378,906 151,367 17,85 8 9 379,883 151,367 17,85 9........ 9990 350,586 143,555 166,99 9990 9991 349,609 144,531 166,99 9991 999 349,609 143,555 166,99 999 9993 349,609 14,578 166,99 9993 9994 349,609 143,555 167,969 9994 9995 350,586 141,60 166,99 9995 9996 350,586 141,60 167,969 9996 9997 350,586 141,60 166,99 9997 9998 350,586 141,60 166,99 9998 9999 351,56 141,60 166,99 9999 10000 350,586 141,60 167,969 10000 Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 10
Παρακάτω παρουσιάζονται διαγραµµατικά οι παραπάνω µετρήσεις: 450 400 F(Nt) 350 300 50 00 150 100 50 0 0,0 0,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 t (sec) Fz (Nt) Fy (Nt) Fx (Nt) Πολλοί ερευνητές ασχολήθηκαν κατά καιρούς µε τον προσδιορισµό των δυνάµεων κοπής κατά την κατεργασία υλικών και διατύπωσαν διάφορα µοντέλα πρόβλεψης τους. Τα µοντέλα αυτά είναι εξισώσεις που έχουν προκύψει µε αναλυτικό ή ηµιεµπειρικό τρόπο και εκφράζουν τις δυνάµεις κοπής σε συνάρτηση µε τις συνθήκες που χρησιµοποιούνται κατά την κοπή.τα αναλυτικά µοντέλα βασίζονται πάνω στην θεωρία των µηχανισµών της κοπής και τα διακρίνει ασάφια και πολυπλοκώτητα. Για αυτό και προτιµάται η χρήση των ηµιεµπειρικών µοντέλων τα οποία περιλαµβάνουν σταθερές που προσδιορίζονται µέσω πειραµάτων.το περισσότερο χρησιµοποιούµενο ηµιεµπειρικό µοντέλο, παρότι είναι αρκέτα παλιό, είναι αυτό που διατύπωσαν οι Kienzle Victor και είναι γνωστό ως «µοντέλο της ειδικής αντίστασης κοπής». Στην ουσία είναι µια εξίσωση F C = K S * A, όπου A είναι η επιφάνεια του απαραµόρφωτου αποβλήτου, η οποία ισούται µε το γινόµενο του βάθους κοπής α (mm) επί την πρόωση s (mm/rev) και K S µια σταθερά η οποία εξαρτάται από τις εκάστοτε συνθήκες κοπής (υλικό κοπτικού εργαλείου και υλικό κατεργαζόµενου τεµαχίου). F Z = (F Z1 + F Z +..+ F Z9999 + F Z10000 )/10000 = 377,18 (Nt) F y = (F y1 + F y +.. + F y9999 + F y10000 ) / 10000 = 151,4 (Nt) F x = (F x1 + F x +.. + F x9999 + F x10000 ) / 10000 = 171,51 (Nt) Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 11
Οπότε για το υλικό κατεργασίας 3.4CrMo4 υπολογίζουµε την Συνισταµένη κύρια δύναµη κοπής F C1A3 : F C1A3 = F Zµ 1Α 3 + F Yµ 1Α3 + F Xµ 1Α3 F C1A3 = 377,18 + 151,4 + 171,51 F C1A3 = 1464,75 + 91,96 + 9415, 68 F C1A3 = 1464,75 + 5337, 64 F C1A3 = 1464,75 + 8, 77 F C1A3 = 14493, 5 F C1A3 = 377,48 Μετά µε βάθος κοπής α B =0.6 mm και πρόωση S 3 =0. mm/rev θα υπολογίσουµε τον Συντελεστή της δύναµη κοπής K S1A3 : FC 1A3 377,48 377,48 K S1A3 = = = = 903, 69 [Nt/mm ] a S 0,6 * 0, 0,13 B * 3 Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 1
Πειραµατικός προσδιορισµός των συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου των δυνάµεων κοπής για κοπτικό εργαλείο πλακίδιο σκληροµετάλλου κατηγορίας Ρ 0 µε επικάλυψη TiN και υλικό κατεργασίας χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 Σκοπός του ερευνητικού αυτού έργου είναι ο προσδιορισµός, µέσω πειραµάτων, των σταθερών συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου που περιγράφει τις δυνάµεις κοπής κατά το φραιζάρισµα για το συγκεκριµένο ζεύγος υλικού κοπτικού εργαλείου σκληροµετάλλου κατηγορίας Ρ0 µε επικάλυψη Τιτανίου Αζώτου TiN κατεργαζόµενου τεµαχίου χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 (DIN) ή 4140 (AISI). Η σύσταση του χάλυβα επιβελτιώσεως 4CrMo4 φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: Χηµική σύσταση (κατά βάρος %) C Si Mn Cr Mo Ni V W Άλλα 4CrMo4 0,38 0,15 0,50 0,90 0.15 max - - - Τα παραδοτέα του ερευνητικού αυτού έργου είναι µία βάση δεδοµένων µε τις τιµές των συνιστωσών της δύναµης κοπής για το συγκεκριµένο ζεύγος υλικού κοπτικού εργαλείου και ο προσδιορισµός, µε βάση τα πειραµατικά δεδοµένα, των σταθερών συντελεστών του προσοµοιωτικού προτύπου που περιγράφει τις δυνάµεις κοπής κατά το φραιζάρισµα. Οι συνθήκες κοπής κατά την εκτέλεση των πειραµάτων παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: Αξονικό βάθος κοπής σε mm 0,6 Πρόωση σε mm/rev 0,44 Ταχύτητα κοπής 50 m/min για όλα τα πειράµατα Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 13
Για τη µέτρηση των δυνάµεων χρησιµοποιήθηκε δυναµοµετρική τράπεζα πιεζοκρυστάλλων τύπου Kistler. Για κάθε δύναµη κοπής που µετράται παράγονται από τη δυναµοµετρική τράπεζα τρία ηλεκτρικά σήµατα που αντιστοιχούν στις συνιστώσεις της δύναµης κοπής Fz, Fy, Fx και τα οποία µέσω µίας µονάδας ελέγχου που λειτουργεί ως ενισχυτής και διαµορφωτής σήµατος µετατρέπονται σε ηλεκτρική τάση της τάξεως των mvolt. Τα αναλογικά αυτά σήµατα αφού ενισχυθούν καταλλήλως, µετατρέπονται σε ψηφιακά για να καταστεί δυνατή η επεξεργασία τους. Η µετατροπή τους πραγµατοποιείται µέσω µίας κάρτας ψηφιοποίησης, η οποία παρεµβάλλεται µεταξύ της δυναµοµετρικής τράπεζας και της µονάδας επεξεργασίας τους, που στην προκειµένη περίπτωση είναι ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής µε κατάλληλο λογισµικό. Το λογισµικό που επιλέχθηκε να χρησιµοποιηθεί ήτανε το Labview, το οποίο διακρίνεται για την ακρίβειά του και την ευκολία στη χρήση του. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα παρουσιάζονται στους παρακάτω πίνακες: α/α Fz (Nt) Fy (Nt) Fx (Nt) t (msec) 1 66,953 33,398 181,641 1 65,977 33,398 181,641 3 65 3,4 18,617 3 4 64,03 31,445 18,617 4 5 63,047 30,469 18,617 5 6 63,047 9,49 18,617 6 7 63,047 9,49 181,641 7 8 63,047 9,49 181,641 8 9 63,047 30,469 180,664 9 10 65 30,469 179,687 10 11 65 31,445 178,711 11 1 65,977 31,445 179,687 1 13 65,977 3,4 179,687 13 14 65,977 3,4 180,664 14 15 65,977 31,445 181,641 15 16 65 31,445 183,594 16 17 64,03 30,469 183,594 17 18 63,047 30,469 183,594 18 19 63,047 9,49 18,617 19 0 63,047 9,49 18,617 0 1 63,047 9,49 181,641 1 64,03 30,469 181,641 3 65 30,469 180,664 3 4 65,977 3,4 180,664 4 5 66,953 3,4 180,664 5 6 66,953 3,4 180,664 6 7 66,953 3,4 181,641 7 8 66,953 31,445 18,617 8 9 65,977 30,469 183,594 9........ 9990 617,187 3,633 178,711 9990 9991 619,141 4,609 178,711 9991 999 619,141 4,609 178,711 999 9993 619,141 4,609 179,687 9993 9994 619,141 4,609 179,687 9994 9995 619,141 4,609 179,687 9995 9996 618,164 4,609 179,687 9996 9997 618,164 3,633 179,687 9997 9998 619,141 4,609 178,711 9998 9999 619,141 4,609 178,711 9999 10000 60,117 5,586 178,711 10000 Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 14
Παρακάτω παρουσιάζονται διαγραµµατικά οι παραπάνω µετρήσεις: 700 600 F(Nt) 500 400 300 00 100 0 0,0 0,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 t (sec) Fz (Nt) Fy (Nt) Fx (Nt) Πολλοί ερευνητές ασχολήθηκαν κατά καιρούς µε τον προσδιορισµό των δυνάµεων κοπής κατά την κατεργασία υλικών και διατύπωσαν διάφορα µοντέλα πρόβλεψης τους. Τα µοντέλα αυτά είναι εξισώσεις που έχουν προκύψει µε αναλυτικό ή ηµιεµπειρικό τρόπο και εκφράζουν τις δυνάµεις κοπής σε συνάρτηση µε τις συνθήκες που χρησιµοποιούνται κατά την κοπή.τα αναλυτικά µοντέλα βασίζονται πάνω στην θεωρία των µηχανισµών της κοπής και τα διακρίνει ασάφια και πολυπλοκώτητα. Για αυτό και προτιµάται η χρήση των ηµιεµπειρικών µοντέλων τα οποία περιλαµβάνουν σταθερές που προσδιορίζονται µέσω πειραµάτων.το περισσότερο χρησιµοποιούµενο ηµιεµπειρικό µοντέλο, παρότι είναι αρκέτα παλιό, είναι αυτό που διατύπωσαν οι Kienzle Victor και είναι γνωστό ως «µοντέλο της ειδικής αντίστασης κοπής». Στην ουσία είναι µια εξίσωση F C = K S * A, όπου A είναι η επιφάνεια του απαραµόρφωτου αποβλήτου, η οποία ισούται µε το γινόµενο του βάθους κοπής α (mm) επί την πρόωση s (mm/rev) και K S µια σταθερά η οποία εξαρτάται από τις εκάστοτε συνθήκες κοπής (υλικό κοπτικού εργαλείου και υλικό κατεργαζόµενου τεµαχίου). ΩςF Z χρησιµοποιείται ο µέσος όρος των µετρηµένων τιµών: F Z = (F Z1 + F Z +..+ F Z9999 + F Z10000 )/10000 = 66,73 (Nt) F y = (F y1 + F y +.. + F y9999 + F y10000 ) / 10000 = 30,48 (Nt) Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 15
F x = (F x1 + F x +.. + F x9999 + F x10000 ) / 10000 = 180,55 (Nt) Οπότε για το υλικό κατεργασίας 3.4CrMo4 υπολογίζουµε την Συνισταµένη κύρια δύναµη κοπής F C1A4 : F C1A4 = F Zµ 1Α 4 + F Yµ 1Α4 + F Xµ 1Α4 F C1A4 = 66,73 + 30,48 + 180,55 F C1A4 = 39790,49 + 5311,03 + 3598, 30 F C1A4 = 39790,49 + 85719, 33 F C1A4 = 39790,49 + 9, 77 F C1A4 = 393083, 6 F C1A4 = 66,96 Μετά µε βάθος κοπής α B =0.6 mm και πρόωση S 4 =0,44 mm/rev θα υπολογίσουµε τον Συντελεστή της δύναµη κοπής K S1A4 : FC 1A4 66,96 66,96 K S1A4 = = = = 411, 38[Nt/mm ] a S 0,6 * 0,44 0,6 B * 4 Παραδοτέο Σπυρίδων Ιωάν. 16