SPH simulace ortogonálního řezání hliníkové slitiny A2024-T351

On the SPH Orthogonal Cutting Simulation of A2024-T351 Alloy

journal article - other

en

This paper presents some results of the SPH orthogonal cutting simulations of A2024-T351 aluminium alloy compared to the experimental and FEM simulation results published by Mabrouki et al. recently. Simulations were performed with the ANSYS LS-DYNA solver. To simulate the workpiece behavior during cutting, the Johnson-Cook constitutive material model was used. In this work, an influence of the Johnson-Cook failure parameters D1-D5 and SPH density on a saw-toothed chip formation was observed. Chip shapes, von Mises stress, plastic strains, strain rates and cutting forces were compared to published results, confirming that the SPH method is able to predict the cutting and feed forces and the chip shape correctly. For experimental verification, a CNC machine, dry cutting, uncoated cemented carbide inserts ISO N10-20, cutting speeds in the range of 200-800 m/min, feed 0.4 mm and depth of cut 4.0 mm were used. Regarding the SPH particles density it was found that the model with smaller space among particles tended to form a highly segmented chip. However, for a good correlation with experimental results the Johnson-Cook failure parameters together with minimum required strain for failure should be set.

Tento článek prezentuje některé výsledky SPH simulace ortogoálního obrábění hliníkové slitiny A2024-T351 a srovnává je s experimentálními výsledky a výsledky FEM simulace publikovanými Mabroukim a kol. Simulace byly provedeny v řešiči ANSYS LS-DYNA. Materiálové vlastnosti obrobku byly definovány materiálovým modelem Johnson-Cook. V této práci byly sledován vliv parametrů poškození D1-D5 dle Jonhson-Cooka a vliv hustoty SPH částic na tvorbu segmentované třísky. Tvary třísek, napětí dle von Misese, plastické přetvoření, deformační rychlosti a řezné síly byly srovnány s publikovanými výsledky, přičemž bylo potvrzeno, že SPH metoda je schopna simulovat řezné síly a tvar třísky správně. Experimentální část byla provedena na CNC stroji s využitím nepovlakované destičky ze slinutého karbidu. Řezné rychlosti se pohybovaly v rozsahu 200-800 m/min, hodnota posuvu byla nastavena na 0,4 mm, šířka záběru byla 4,0 mm. S ohledem na hustotu SPH částic bylo zjištěno, že model s větší hustotou měl větší tendenci tvořit segmentovanou třísku. Aby simulovaná tříska odpovídala experimentálním výsledkům, je nutné použít J-C parametry porušení a hodnotu minimálního požadovaného plastického přetvoření při lomu

This paper presents some results of the SPH orthogonal cutting simulations of A2024-T351 aluminium alloy compared to the experimental and FEM simulation results published by Mabrouki et al. recently. Simulations were performed with the ANSYS LS-DYNA solver. To simulate the workpiece behavior during cutting, the Johnson-Cook constitutive material model was used. In this work, an influence of the Johnson-Cook failure parameters D1-D5 and SPH density on a saw-toothed chip formation was observed. Chip shapes, von Mises stress, plastic strains, strain rates and cutting forces were compared to published results, confirming that the SPH method is able to predict the cutting and feed forces and the chip shape correctly. For experimental verification, a CNC machine, dry cutting, uncoated cemented carbide inserts ISO N10-20, cutting speeds in the range of 200-800 m/min, feed 0.4 mm and depth of cut 4.0 mm were used. Regarding the SPH particles density it was found that the model with smaller space among particles tended to form a highly segmented chip. However, for a good correlation with experimental results the Johnson-Cook failure parameters together with minimum required strain for failure should be set.

Obrábění; FEM;Tříska; Modelování; SPH

Cutting; FEM; Chip; Modelling; SPH

2013

13.06.2013

Elsevier B.V.

Netherlands

2212-8271

8

151–156

6