Preview

Использование цифровых двойников для математического моделирования ультразвукового сверления титановых заготовок

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-1-42-54

Полный текст:

Аннотация

В статье рассматривается создание и исследование компьютерных моделей сверления заготовок из титанового сплава методом Лагранжа и Галеркина. Разработанные конечно-элементные модели предназначены для проведения исследований процесса механической обработки и оптимизации технологических параметров резания. Представлены результаты численных исследований сверления титановых заготовок с использованием программ математического моделирования, позволяющие полностью имитировать технологические процессы в компьютере (цифровой двойник). В качестве программы для моделирования процесса съема припуска с титановой заготовки применяли программный многоцелевой продукт конечно-элементного моделирования и анализа высоко-линейных динамических процессов с использованием различных схем интегрирования по времени Ls-DYNA. Применение метода Галеркина позволяет адекватно описать процесс сверления с введением в зону обработки энергии ультразвукового (УЗ) поля, существенно сокращает длительность проведения экспериментальных исследований и дает возможность оценить влияние элементов режима резания и конструктивных параметров инструмента на силовые и энергетические аспекты формообразования новых поверхностей деталей машин. Оба метода пригодны для создания различных процессов механообработки, однако метод Лагранжа менее чувствителен к энергии ультразвукового поля. Введение в зону сверления заготовок из труднообрабатываемых титановых сплавов энергии ультразвукового поля позволяет существенно снизить энергетические затраты. В результате моделирования был получен расчетный файл, содержащий процесс симуляции, решение которого визуально отражает процесс сверления титановой заготовки, максимально приближенный к реальной ситуации, со снятием стружки. Однако для полной верификации результатов численных исследований необходимо осуществить экспериментальную проверку и внести полученные коррективы в расчетные данные.

Об авторах

Кирилл Сергеевич Савельев
Ульяновский государственный технический университет, Ульяновск (Россия)
Россия

аспирант кафедры «Инновационные технологии в машиностроении»



Максим Валерьевич Илюшкин
Ульяновский научно-исследовательский институт авиационной технологии и организации производства, Ульяновск (Россия)
Россия

кандидат технических наук, заместитель директора



Евгений Степанович Киселев
Ульяновский государственный технический университет, Ульяновск (Россия)
Россия

доктор технических наук, профессор, директор Регионального технологического центра промышленного центра в машиностроении



Список литературы

1. Малышев В.И. Становление и развитие науки о резании материалов. Тольятти: ТГУ, 2015. 508 с.

2. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1974. 252 с.

3. Цвиккер У. Титан и его сплавы. М.: Металлургия, 1979. 362 с.

4. Vijayabaskar P., Hynes N.R.J. Simulation of Friction Stir Drilling Process // AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 1953. Article number 140109. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5033284.

5. Кирсанов А.Р. Методика оценки повреждаемости ГТД на этапах его создания, изготовления и эксплуатации от поражающего воздействия птиц : дис. … канд. техн. наук. М., 2016. 205 с.

6. Wang P., Wang D. Study on ultrasonic-assisted drilling of Ti6Al4V using 3-flute drill in the finite element simulation // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2020. Vol. 234. № 7. P. 1298–1310. DOI: https://doi.org/10.1177/0954406219893001.

7. Su Y., Chen D.D., Gong L. 3D Finite Element Analysis of Drilling of Ti-6Al-4V Alloy // Proceedings of the International Conference on Computer Information Systems and Industrial Applications. 2015. P. 907–911. DOI: https://doi.org/10.2991/cisia-15.2015.245.

8. Abdelhafeez A.M., Soo S.L., Aspinwall D., Dowson A., Arnold D. A Coupled Eulerian Lagrangian Finite Element Model of Drilling Titanium and Aluminium Alloys // SAE International Journal of Aerospace. 2016. Vol. 9. № 1. P. 198–207. DOI: https://doi.org/10.4271/2016-01-2126.

9. Дударев А.С., Илюшкин М.В., Николаев И.Ф. Моделирование процесса сверления слоистого материала в LS-DYNA // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2020. Т. 22. № 2. С. 64–74.

10. Dudarev A., Volegov K., Kurzanov G. Rheonomic phenomenon shrinkage of holes drilled in fibreglass and carbon fibre-reinforced polymer composites // Mechanics of Advanced Materials and Modern Processes. 2017. Vol. 3. № 1. Article number 17. DOI: https://doi.org/10.1186/s40759-017-0033-1.

11. Коттрелл А.X. Дислокации и пластическое течение в кристаллах. М.: Металлургиздат, 1958. 390 с.

12. Кумабэ Д. Вибрационное резание. М.: Машиностроение, 1985. 424 с.

13. Киселев Е.С., Малышев В.И., Ковальногов В.Н. Новые ультразвуковые технологии изготовления деталей машин. Тольятти: ТГУ, 2014. 327 с.

14. Киселёв Е.С., Благовский О.В. Управление формированием остаточных напряжений при изготовлении ответственных деталей. СПб.: Лань, 2020. 140 с.

15. Percin M., Aslantas K., Ucun I., Kaynak Y., Cicek A. Micro-drilling of Ti–6Al–4V alloy: the effects of cooling/lubricating // Precision Engineering. 2016. Vol. 45. P. 450–462. DOI: 10.1016/j.precisioneng.2016.02.015.

16. Li Z., Zhang D., Jiang X., Qin W., Geng D. Study on rotary ultrasonic-assisted drilling of titanium alloys (Ti6Al4V) using 8-facet drill under no cooling condition // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 90. № 9-12. P. 3249–3264. DOI https://doi.org/10.1007/s00170-016-9593-1.

17. Wang T., Liu Z., Qiu Y., Feng Y., Han X. Removal Mechanism of Titanium Alloy Material in Ultrasound Vibration Drilling // Materials Science Forum. 2020. Vol. 993. P. 3–11. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.993.3.

18. Lu Danni. Study on Ultrasonic Vibration Boring Technology of Difficult-to-machine Materials (TC4). Xi'an: Xi'an Shiyou University, 2018. 241 p.

19. Wang T., Liu X., Liu Z., Liu Y., Zhang Y., Wang Z. ANSYS is used on drilling Inner Blind Hole on Deep Hole // Wireless Personal Communications. 2018. Vol. 103. № 1. P. 1077–1088. DOI: https://doi.org/10.1007/s11277-018-5497-8.

20. Liang W., Xu J., Ren W., Yu Z., Liu Q., Yu H. Experimental Study on Ultrasonic Vibration Assisted Drilling of Ti-6Al-4V at Different Amplitudes // 2019 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale, 3M-NANO. 2019. P. 20–23. DOI: 10.1109/3M-NANO46308.2019.8947411.


Для цитирования:


Савельев К.С., Илюшкин М.В., Киселев Е.С. Использование цифровых двойников для математического моделирования ультразвукового сверления титановых заготовок. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2021;(1):42-54. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-1-42-54

For citation:


Savelyev K.S., Ilyushkin M.V., Kiselev E.S. Use of digital twins for mathematical modeling of ultrasonic drilling of titanium blanks. Science Vector of Togliatti State University. 2021;(1):42-54. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-1-42-54

Просмотров: 28


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-5073 (Print)
ISSN 2712-8458 (Online)