Verifiering av simuleringsdata
FE-beräkningar och mätmetoder
för analys av ortogonal skärande bearbetning
Denna avhandling har berört modellering av skärmekaniska analyser genom Finita Element Metoden (FEM) och metoder för att verifiera beräknade resultat. Analytiska modeller för skärade bearbetning i ortogonal svarvning har studerats för att förklara faktorer kring spånbildningsprocessen och temperaturer i kring skärgeometrin. Syftet var att utvärdera möjligheter till användningsområde av FE-beräkningar samt utvärdera effektiva mätmetoder för att verifiera beräknade värden för kraft, temperatur och spånform. AdvantEdge, en specialanpassad FE-kod för skärande bearbetning användes med fördefinierade materialdata för att utvärdera möjligheten att modellera skärprocessen. Programmet använder sig av en explicit lagrange formulering med kopplade mekaniska och termiska ekvationer. Ett antal praktiska mätmetoder användes för att verifiera beräknade data, varav en kombination av skärkraftsmätning, höghastigetsfilmning och temperaturuppskattning (CCD- IR) av området kring skäreggen ansågs vara mest effektiva för att ge en god uppskattning av beräknade parametrar. Även en analytisk modell för att prediktera temperaturer som funktion av uppmätta skärkrafter användes. En utvärdering av tre skärgeometrier (TCMT 16T308-MR/-MM, TPGN 160308) samt två material (kolstål - SS1672, rostfritt - 316L) med varierande skärdata (vc = 160 - 200 - 240 [m/min], f = 0.112 - 0.224 - 0.336 [mm]) användes i försöken. Resultaten visar på att AdvantEdge generellt med användande fördefinierade materialdata kan prediktera de relativa förändringar vid variationer i geometri- och skärdata. Större felmarginaler observerades vid beräkningar i rostfritt stål (316L) då beräkningarna i AdvantEdge uppvisar opåverkbara numeriska problem vid beräkningarna vilket resulterar i oacceptabla felmarginaler (>30%) i spånform, kraft och temperaturuppskattning för att kunna användas aktivt i konstruktionsarbete. Anledning till detta antogs vara i definitionen av materialdata vilket leder till ökad numeriskt fel vid beräkningarna för den materialdefinitionen. Slutsatser är att FE-beräkningar (AdvantEdge) kan användas som ett aktivt verktyg för att modellera skärprocessen och att visa på relativa effekter av förändringar i skärdata och skärgeometrier. För att minska beräkningsfel och förbättra modelleringen av materialets egenskaper behövs primärt kontroll över väldefinierad materialdata främst för höga temperaturer och töjningshastigheter samt sekundärt även till viss del ökad kontroll av diskretisering och numerisk lösningsmetod.