Como modelar e simular o desgaste da ferramenta e as forças de corte usando a análise de elementos finitos?

1 Etapa 1: Definir o problema e os objetivos

Antes de começar a modelar e simular, você precisa definir o problema e os objetivos de sua análise. Quais são os parâmetros de usinagem, como a forma, o tamanho e o material da ferramenta, o material e a geometria da peça de trabalho, a velocidade de corte, a alimentação e a profundidade de corte, bem como o tipo e a vazão do líquido de arrefecimento? Quais são as saídas que você deseja medir, como o desgaste da ferramenta, as forças de corte, a formação de cavacos e a rugosidade da superfície? Quão precisos e detalhados você quer que seus resultados sejam?

2 Etapa 2: Criar a geometria e a malha

O próximo passo é criar a geometria e a malha da ferramenta e da peça de trabalho em seu software FEA. A geometria deve representar as dimensões e características reais da ferramenta e da peça de trabalho, bem como a área de contato e as condições de contorno. A malha é a discretização da geometria em elementos menores que podem ser resolvidos pelo solver FEA. A qualidade e o tamanho da malha afetam a precisão e a eficiência da análise. Você deve usar técnicas apropriadas de refinamento de malha e malha adaptativa para capturar as regiões de alta tensão e deformação.

3 Etapa 3: Atribuir as propriedades do material e os modelos constitutivos

As propriedades do material e os modelos constitutivos são essenciais para descrever o comportamento da ferramenta e da peça sob as condições de corte. As propriedades do material incluem a densidade, o módulo elástico, a razão de Poisson, a resistência ao escoamento, o coeficiente de endurecimento e a condutividade térmica. Os modelos constitutivos são as equações que relacionam a tensão e a deformação no material, como o modelo de Johnson-Cook, o modelo de Zerilli-Armstrong ou o modelo de Lemaitre. Você deve escolher as propriedades do material e os modelos constitutivos que melhor se ajustam ao seu processo de usinagem e ao seu software FEA.

4 Etapa 4: Definir os modelos de contato e atrito

Os modelos de contato e atrito são importantes para simular a interação entre a ferramenta e a peça, bem como o desgaste da ferramenta e as forças de corte. O modelo de contato define como a ferramenta e a peça de trabalho deformam e transmitem estresse quando se tocam. O modelo de atrito define como a ferramenta e a peça de trabalho resistem ao movimento relativo e geram calor quando deslizam uma sobre a outra. Você deve selecionar os modelos de contato e atrito que correspondem ao seu processo de usinagem e ao seu software FEA, como o modelo de atrito Coulomb, o modelo de desgaste Archard ou o modelo de força Kienzle.

5 Etapa 5: Aplicar as condições de carregamento e contorno

As condições de carregamento e contorno são os fatores externos que afetam a ferramenta e a peça durante o processo de usinagem. As condições de carregamento incluem a velocidade de corte, alimentação e profundidade de corte, bem como a pressão e temperatura do líquido de arrefecimento. As condições de contorno incluem as restrições e suportes que impedem ou permitem o movimento ou rotação da ferramenta e da peça de trabalho. Você deve aplicar as condições de carregamento e contorno que correspondem aos parâmetros de usinagem e ao software FEA.

6 Passo 6: Execute a análise e avalie os resultados

A etapa final é executar a análise e avaliar os resultados. Dependendo da complexidade e do tamanho do modelo, a análise pode levar de minutos a horas para ser concluída. Você deve verificar a convergência e estabilidade de sua solução, bem como a precisão e validade de suas suposições e modelos. Você também deve visualizar e interpretar os resultados, como o desgaste da ferramenta, as forças de corte, a formação de cavacos e a rugosidade da superfície. Você deve comparar seus resultados com dados experimentais ou outras referências, se disponíveis, e identificar quaisquer fontes de erro ou incerteza.

7 Veja o que mais considerar

Este é um espaço para compartilhar exemplos, histórias ou insights que não se encaixam em nenhuma das seções anteriores. O que mais gostaria de acrescentar?