Napjatostní a deformační analýza stopkových čelních HSS fréz se zahrnutím rozvoje opotřebení břitů

Stress-strain analysis of end milling HSS cutters reflecting the wear process

audiovizuální tvorba

en

The paper deals with a stress-strain analysis of the end milling HSS cutters used frequently in the nowadays practice. Three geometrical CAD models of the tools have been worked out – SolidWorks 2007, STL mesh (generated by ATOS II SO scanner and support of ANSYS ICEM CFD – MCAE Systems), and a re-constructed Tebis – MCAE STL model. A deflection of the tool has been calculated for a real mechanical long-term loading, measured by the Kistler 9257B dynamometer. The mesh of finite elements was made by tetrahaedrons of the size 0.5 mm, but a refinement to 0.3 mm was made for the loaded edge areas. FEA ANSYS program/Ansys Workbench were used for calculations of cutting tool deformations according to real wear progress. Statistical assessment was done by Statgraphics v.5. Three places of stress concentration have been found, generally at the same locations for sharp and worn tools – roots of teeth, end of the flute (run out of a grinding wheel) and the place of tool clamping to the holder. The total stress value was under the strength limit for static and dynamical loading anyway. Prevailing abrasive mode of wear on flank and rake has been observed with the electron analytical microscopy. STL geometry of a real cutting tool can be recommended for such stress and deformation calculations, because time consumption for the design and calculations is shorter compared to the reconstructed model and approximately the same calculating accuracy acquired (20 minutes compared to several hours at powerful workstation HP9300).

Přednáška se zabývá napjatostně-deformační analýzou čelních HSS fréz, často používaných v každodenní praxi. K 3D modelování těla frézy byly použity tři SW programy – SolidWorks 2007, STL síť (generovanáy ATOS II SO scannerem a podporou ANSYS ICEM CFD – MCAE Systems), a re-konstruovaný Tebis – MCAE STL model. Průhyb nástroje byl počítán podle skutečného dlouhodobého zatížení, experimentálně měřený dynamometrem Kistler 9257B. Byla použita síť konečných prvků typu tetrahaedron o velikosti 0,5 mm se zjemněním na 0.3 mm na břitech nástroje. Pro výpočet deformací nástroje v důsledku rozvoje opotřebení byl použity programy FEA ANSYS/Ansys Workbench. Statistická analýza dat byla provedena pomocí programu Statgraphics v.5. V práci byla nalezena tři místa koncentrace napětí – obecně stejná pro nový i opotřebený nástroj – kořen zubu, výběh brousicího kotouče a místo vetknutí nástroje do upínače. Hodnoty redukovaných napětí však nedosáhly meze pevnosti materiálu v tahu (staticky ani dynamicky).Byl pozorován převážně abrazivní mód opotřebení na hřbetu (pomocí elektronové rastrovací mikroskopie). STL geometrie reálného nástroje se osvědčila jako vhodným kompromisem při porovnání přesnosti modelu a rozlišení napjatosti/deformace (výpočty dosáhly cca 20 minutes ve srovnání s několika hodinami na pracovní stanici HP9300).

The paper deals with a stress-strain analysis of the end milling HSS cutters used frequently in the nowadays practice. Three geometrical CAD models of the tools have been worked out – SolidWorks 2007, STL mesh (generated by ATOS II SO scanner and support of ANSYS ICEM CFD – MCAE Systems), and a re-constructed Tebis – MCAE STL model. A deflection of the tool has been calculated for a real mechanical long-term loading, measured by the Kistler 9257B dynamometer. The mesh of finite elements was made by tetrahaedrons of the size 0.5 mm, but a refinement to 0.3 mm was made for the loaded edge areas. FEA ANSYS program/Ansys Workbench were used for calculations of cutting tool deformations according to real wear progress. Statistical assessment was done by Statgraphics v.5. Three places of stress concentration have been found, generally at the same locations for sharp and worn tools – roots of teeth, end of the flute (run out of a grinding wheel) and the place of tool clamping to the holder. The total stress value was under the strength limit for static and dynamical loading anyway. Prevailing abrasive mode of wear on flank and rake has been observed with the electron analytical microscopy. STL geometry of a real cutting tool can be recommended for such stress and deformation calculations, because time consumption for the design and calculations is shorter compared to the reconstructed model and approximately the same calculating accuracy acquired (20 minutes compared to several hours at powerful workstation HP9300).

FEA opotřebení HSS fréza

FEA wear HSS cutter

29.01.2009

CIRP

Paříž, Francie

CIRP Annual Meeting 2009

1

1–6

6