Testy při extrémně nízké triaxialitě napětí při kalibraci modelů porušování v simulacích stříhání kovů

Extremely Low-Stress Triaxiality Tests in Calibration of Fracture Models in Metal-Cutting Simulation

journal article in Web of Science

en

The cutting process is now combined with machining, milling, or drilling as one of the widespread manufacturing operations. It is used across various fields of engineering. From an economical point of view, it is desirable to maintain the process in the most effective way in terms of the fracture surface quality or minimizing the burr. It is not possible to manage this experimentally in mass production. Therefore, it is convenient to use numerical computation. To include the crack initiation and propagation in the computations, it is necessary to implement a suitable ductile fracture criterion. Uncoupled ductile fracture models need to be calibrated first from fracture tests when the test selection is crucial. In the present article, there were selected widespread uncoupled ductile fracture models calibrated with, among others, an extremely low-stress triaxiality test realized through the compression of a cylinder with a specific recess. The whole experimental program together with the cutting process experiment were carried out on AISI 1045 carbon steel. After the fracture models were calibrated and the cutting process was simulated with their use, fracture surfaces and force responses from computations were compared with those experimentally obtained and concluding remarks were made.

Proces stříhání je nyní v kombinaci s obráběním, frézováním čí vrtáním jako jeden z rozšířených výrobních operací. Používá se v různých oblastech inženýrství. Z ekonomického hlediska je žádoucí udržovat proces co nejúčinnějším způsobem, jak z hlediska kvality povrchu lomu nebo minimalizování vzniku ostřepu. Toto není možné v hromadné výrobě zvládnout experimentálně. Proto je výhodné používat numerický výpočet. K zahrnutí vzniku a šíření trhliny ve výpočtech je nezbytné zavést vhodné kritérium tvárného porušování. Nesvázané modely tvárného porušování je třeba kalibrovat nejprve z lomovým testů, přičemž výběr testu je zásadní. V tomto článku byly vybrány rozšířené nesvázané modely tvárného porušování kalibrovány, mimo jiné, testem při extrémně nízké triaxialitě napětí realizovaného prostřednictvím tlaku válce se specifickým vybráním. Celý experimentální program spolu s experimentem procesu stříhání byly provedeny na uhlíkové oceli AISI 1045. Po kalibraci modelů porušování a simulaci střižného procesu s jejich využitím byly porovnány lomové plochy a silové odezvy z výpočtů k experimentálně získaným a byly provedeno závěrečné zhodnocení.

The cutting process is now combined with machining, milling, or drilling as one of the widespread manufacturing operations. It is used across various fields of engineering. From an economical point of view, it is desirable to maintain the process in the most effective way in terms of the fracture surface quality or minimizing the burr. It is not possible to manage this experimentally in mass production. Therefore, it is convenient to use numerical computation. To include the crack initiation and propagation in the computations, it is necessary to implement a suitable ductile fracture criterion. Uncoupled ductile fracture models need to be calibrated first from fracture tests when the test selection is crucial. In the present article, there were selected widespread uncoupled ductile fracture models calibrated with, among others, an extremely low-stress triaxiality test realized through the compression of a cylinder with a specific recess. The whole experimental program together with the cutting process experiment were carried out on AISI 1045 carbon steel. After the fracture models were calibrated and the cutting process was simulated with their use, fracture surfaces and force responses from computations were compared with those experimentally obtained and concluding remarks were made.

Triaxialita napětí; model porušování; proces stříhání; uhlíková ocel

Stress triaxiality; fracture model; cutting process; carbon steel

27.09.2016

1073-5623

47

11

5302–5312

11