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 15CrNi6 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 15CrNi6 (DIN) ή 3115 (AISI). Η σύσταση του χάλυβα επιβελτιώσεως 15CrNi6 φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: Χηµική σύσταση (κατά βάρος %) C Si Mn Cr Mo Ni V W Άλλα 15CrNi6 0,1 0,15 0,40 0,40-1,4 - - - 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 0,35 Πρόωση σε mm/rev 0,055 Ταχύτητα κοπής 50 m/min για όλα τα πειράµατα Παραδοτέο Μαργαριτόπουλος Θωµάς 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 75,195 4,969 41,016 1 75,195 43,945 40,039 3 76,17 43,945 41,016 3 4 76,17 43,945 40,039 4 5 77,148 43,945 40,039 5 6 77,148 43,945 40,039 6 7 78,15 44,9 40,039 7 8 78,15 44,9 40,039 8 9 79,10 45,898 40,039 9 10 79,10 45,898 40,039 10 11 79,10 45,898 40,039 11 1 80,078 45,898 40,039 1 13 80,078 46,875 40,039 13 14 80,078 46,875 40,039 14 15 81,055 46,875 40,039 15 16 80,078 46,875 40,039 16 17 81,055 46,875 40,039 17 18 81,055 46,875 40,039 18 19 8,031 46,875 40,039 19 0 81,055 46,875 40,039 0 1 81,055 46,875 39,06 1 8,031 47,85 39,06 Παραδοτέο Μαργαριτόπουλος Θωµάς 1
3 8,031 46,875 39,06 3 4 8,031 47,85 39,06 4 5 8,031 47,85 39,06 5 6 8,031 47,85 39,06 6 7 8,031 47,85 39,06 7 8 8,031 47,85 39,06 8 9 8,031 47,85 38,086 9.......... 9990 73,4 44,9 39,06 9990 9991 7,66 44,9 39,06 9991 999 71,89 43,945 38,086 999 9993 71,89 43,945 39,06 9993 9994 71,89 43,945 38,086 9994 9995 70,31 43,945 38,086 9995 9996 69,336 43,945 38,086 9996 9997 69,336 43,945 37,109 9997 9998 68,359 43,945 38,086 9998 9999 68,359 4,969 38,086 9999 10000 68,359 4,969 39,06 10000 Παρακάτω παρουσιάζονται διαγραµµατικά οι παραπάνω µετρήσεις: 10 100 F (Nt) 80 60 40 0 Fz (Nt) Fy (Nt) Fx (Nt) 0 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 = 7,55Nt F y = (F y1 + F y +.. + F y9999 + F y10000 ) / 10000 = 4,73 (Nt) F x = (F x1 + F x +.. + F x9999 + F x10000 ) / 10000 = 37,68 (Nt) Οπότε για το υλικό κατεργασίας.15crni6 υπολογίζουµε την Συνισταµένη κύρια δύναµη κοπής F C1A1 : F C1A1 = F Zµ 1Α 1 + F Yµ 1Α1 + F Xµ 1Α1 F C1A1 = 7,55 + 4,73 + 37,68 F C1A1 = 563,50 + 185,85 + 1419, 78 F C1A1 = 563,50 + 345, 63 F C1A1 = 563,50 + 56, 97 F C1A1 = 530, 47 F C1A1 = 7,94 Μετά µε βάθος κοπής α Α =0.35 mm και πρόωση S 1 =0.055 mm/rev θα υπολογίσουµε τον Συντελεστή της δύναµη κοπής K S1A1 : FC 1A1 7,94 7,94 K S1A1 = = = = 3838, 94 a S 0.35* 0.055 0.019 A * 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 15CrNi6 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 15CrNi6 (DIN) ή 3115 (AISI). Η σύσταση του χάλυβα επιβελτιώσεως 15CrNi6 φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: Χηµική σύσταση (κατά βάρος %) C Si Mn Cr Mo Ni V W Άλλα 15CrNi6 0,1 0,15 0,40 0,40-1,4 - - - 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 0,35 Πρόωση σε mm/rev 0,11 Ταχύτητα κοπής 50 m/min για όλα τα πειράµατα
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) 1 140,65 89,844 60,547 1 140,65 88,867 61,53 3 140,65 89,844 61,53 3 4 139,648 89,844 60,547 4 5 139,648 89,844 61,53 5 6 139,648 89,844 60,547 6 7 140,65 89,844 61,53 7 8 140,65 89,844 61,53 8 9 139,648 89,844 61,53 9 10 140,65 89,844 61,53 10 11 140,65 90,8 61,53 11 1 140,65 89,844 61,53 1 13 140,65 89,844 61,53 13 14 140,65 89,844 61,53 14 15 140,65 89,844 61,53 15 16 139,648 89,844 61,53 16 17 139,648 89,844 61,53 17 18 139,648 89,844 61,53 18 19 139,648 89,844 61,53 19 0 139,648 89,844 61,53 0 1 139,648 89,844 61,53 1 140,65 90,8 61,53
3 140,65 90,8 61,53 3 4 139,648 90,8 6,5 4 5 140,65 90,8 61,53 5 6 140,65 90,8 6,5 6 7 140,65 90,8 6,5 7 8 14,578 90,8 6,5 8 9 141,60 90,8 6,5 9........ 9990 150,391 93,75 63,477 9990 9991 150,391 94,77 64,453 9991 999 150,391 93,75 64,453 999 9993 150,391 93,75 64,453 9993 9994 150,391 93,75 64,453 9994 9995 150,391 93,75 64,453 9995 9996 150,391 9,773 64,453 9996 9997 150,391 9,773 64,453 9997 9998 150,391 9,773 64,453 9998 9999 150,391 93,75 64,453 9999 10000 150,391 93,75 64,453 10000 Παρακάτω παρουσιάζονται διαγραµµατικά οι παραπάνω µετρήσεις: F (Nt) 180 160 140 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 = 137,96 (Nt) F y = (F y1 + F y +.. + F y9999 + F y10000 ) / 10000 = 88,68 (Nt) F x = (F x1 + F x +.. + F x9999 + F x10000 ) / 10000 = 54,17 (Nt) Οπότε για το υλικό κατεργασίας.15crni6 υπολογίζουµε την Συνισταµένη κύρια δύναµη κοπής F C1A : F C1A = F Zµ 1Α + F Yµ 1Α + F Xµ 1Α F C1A = 137,96 + 88,68 + 54,17 F C1A = 1903,96 + 7864,14 + 934, 38 F C1A = 1903,96 + 10798, 5 F C1A = 1903,96 + 103, 91 F C1A = 19136, 87 F C1A = 138,33 Μετά µε βάθος κοπής α Α =0.35 mm και πρόωση S =0.11 mm/rev θα υπολογίσουµε τον Συντελεστή της δύναµη κοπής K S1A : FC 1A 138,33 138,33 K S1A = = = = 359. 98 a S 0.35* 0.11 0,0385 A *
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 15CrNi6 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 15CrNi6 (DIN) ή 3115 (AISI). Η σύσταση του χάλυβα επιβελτιώσεως 15CrNi6 φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: Χηµική σύσταση (κατά βάρος %) C Si Mn Cr Mo Ni V W Άλλα 15CrNi6 0,1 0,15 0,40 0,40-1,4 - - - 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 0,35 Πρόωση σε mm/rev 0, Ταχύτητα κοπής 50 m/min για όλα τα πειράµατα
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 64,648 193,359 105,469 1 63,67 19,383 105,469 3 6,695 190,43 105,469 3 4 61,719 189,453 104,49 4 5 59,766 187,5 104,49 5 6 58,789 185,547 103,516 6 7 56,836 183,594 10,539 7 8 55,859 181,641 10,539 8 9 53,906 179,687 101,56 9 10 5,93 177,734 99,609 10 11 50,977 175,781 99,609 11 1 50 174,805 97,656 1 13 49,03 17,85 97,656 13 14 48,047 171,875 96,68 14 15 47,07 170,898 95,703 15 16 46,094 169,9 95,703 16 17 46,094 169,9 95,703 17 18 46,094 169,9 94,77 18 19 46,094 169,9 94,77 19 0 47,07 168,945 94,77 0 1 47,07 169,9 94,77 1 48,047 170,898 94,77 3 48,047 171,875 94,77 3 4 49,03 17,85 95,703 4 5 50 17,85 95,703 5 6 51,953 173,88 95,703 6 7 5,93 175,781 97,656 7 8 53,906 176,758 97,656 8 9 54,883 178,711 97,656 9.......... 9990 5,93 18,617 91,797 9990 9991 53,906 18,617 91,797 9991 999 53,906 183,594 91,797 999 9993 53,906 184,57 91,797 9993 9994 53,906 184,57 91,797 9994 9995 54,883 185,547 9,773 9995 9996 54,883 185,547 9,773 9996 9997 55,859 186,53 9,773 9997 9998 55,859 187,5 9,773 9998 9999 55,859 188,477 93,75 9999 10000 56,836 188,477 93,75 10000
Παρακάτω παρουσιάζονται διαγραµµατικά οι παραπάνω µετρήσεις: 300 50 F (Nt) 00 150 100 Fz (Nt) Fy (Nt) Fx (Nt) 50 0 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 = 43,67 (Nt) F y = (F y1 + F y +.. + F y9999 + F y10000 ) / 10000 = 176,47 (Nt)
F x = (F x1 + F x +.. + F x9999 + F x10000 ) / 10000 = 93,49 (Nt) Οπότε για το υλικό κατεργασίας.15crni6 υπολογίζουµε την Συνισταµένη κύρια δύναµη κοπής F C1A3 : F C1A3 = F Zµ 1Α 3 + F Yµ 1Α3 + F Xµ 1Α3 F C1A3 = 43,67 + 176,47 + 93,49 F C1A3 = 59375,06 + 31141,66 + 8740, 38 F C1A3 = 59375,06 + 3988, 04 F C1A3 = 59375,06 + 199, 70 F C1A3 = 59574, 76 F C1A3 = 44,07 Μετά µε βάθος κοπής α Α =0.35 mm και πρόωση S 3 =0. mm/rev θα υπολογίσουµε τον Συντελεστή της δύναµη κοπής K S1A3 : FC 1A3 44,07 44,07 K S1A3 = = = = 3169, 74 a S 0.35*0. 0,077 A * 3
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 15CrNi6 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 15CrNi6 (DIN) ή 3115 (AISI). Η σύσταση του χάλυβα επιβελτιώσεως 15CrNi6 φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: Χηµική σύσταση (κατά βάρος %) C Si Mn Cr Mo Ni V W Άλλα 15CrNi6 0,1 0,15 0,40 0,40-1,4 - - - 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 0,35 Πρόωση σε mm/rev 0,44 Ταχύτητα κοπής 50 m/min για όλα τα πειράµατα
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 44,805 31,89 10,117 1 44,805 31,89 10,117 3 44,805 30,31 119,141 3 4 44,805 3,66 119,141 4 5 44,805 3,66 119,141 5 6 44,805 33,4 118,164 6 7 44,805 3,66 118,164 7 8 44,805 33,4 118,164 8 9 43,88 33,4 118,164 9 10 44,805 33,4 119,141 10 11 44,805 33,4 119,141 11 1 45,781 33,4 10,117 1 13 44,805 3,66 11,094 13 14 44,805 3,66 11,094 14 15 44,805 3,66 11,094 15 16 44,805 31,89 1,07 16 17 44,805 30,31 1,07 17 18 44,805 30,31 1,07 18 19 44,805 30,31 13,047 19 0 44,805 319,336 13,047 0 1 44,805 319,336 13,047 1 44,805 318,359 13,047 3 43,88 318,359 13,047 3 4 43,88 318,359 13,047 4 5 4,85 318,359 1,07 5 6 4,85 318,359 13,047 6 7 41,875 317,383 13,047 7 8 41,875 317,383 13,047 8 9 40,898 317,383 1,07 9.......... 9990 398,437 303,711 13,047 9990 9991 397,461 30,734 14,03 9991 999 397,461 30,734 13,047 999 9993 397,461 301,758 13,047 9993 9994 396,484 300,781 13,047 9994 9995 397,461 99,805 13,047 9995 9996 396,484 98,88 1,07 9996 9997 396,484 97,85 1,07 9997 9998 395,508 96,875 1,07 9998 9999 395,508 96,875 11,094 9999 10000 395,508 95,898 11,094 10000
Παρακάτω παρουσιάζονται διαγραµµατικά οι παραπάνω µετρήσεις: F (Nt) 500 450 400 350 300 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 = 407,83 (Nt) F y = (F y1 + F y +.. + F y9999 + F y10000 ) / 10000 = 310,59 (Nt)
F x = (F x1 + F x +.. + F x9999 + F x10000 ) / 10000 = 13,54 (Nt) Οπότε για το υλικό κατεργασίας.15crni6 υπολογίζουµε την Συνισταµένη κύρια δύναµη κοπής F C1A4 : F C1A4 = F Zµ 1Α 4 + F Yµ 1Α4 + F Xµ 1Α4 F C1A4 = 407,83 + 310,59 + 13,54 F C1A4 = 16635,30 + 96466,14 + 156, 13 F C1A4 = 16635,30 + 11178, 7 F C1A4 = 16635,30 + 334, 5 F C1A4 = 166659, 55 F C1A4 = 408,3 Μετά µε βάθος κοπής α Α =0.35 mm και πρόωση S 4 =0.44 mm/rev θα υπολογίσουµε τον Συντελεστή της δύναµη κοπής K S1A4 : FC 1A4 408,3 408,3 K S1A4 = = = = 650, 84 a S 0.35* 0.44 0,154 A * 4