Simulation Analysis of Orthogonal Metal Cutting Process

Abstract

Takahiro SHIRAKASHI, Eiji USUI The paper describes a method for predicting the orthogonal metal cutting quantities such as shear angle, cutting forces, distribution of cutting temperature, and those of stress and strain without any cutting experiment. The method proposed is the simulation analysis of cutting process with aid of digital computer. The equations of equilibrium, plastic flow rule, heat transfer together with the characteristics of material strength and friction on the tool face, obtained from independent material tests, are solved simultaneously in the form of the finite element method. The predicted quantities are verified to be in good agreement with experimental results. 1•B ‚Ü ‚¦ ‚ª ‚« •Ø•í-•˜_-{-ˆ‚Ì-Ú"I ‚Í •Ø•í ŽŽOE±‚É ‚ae ‚ç ‚È ‚¢ ‚Å•Ø•í Žž‚Ì •"-Ê ‚ð-\'ª ‚µ ‚¤ ‚é 'Ì OEn‚ð Ž÷-§ ‚· ‚é ‚± ‚AE‚Å‚ ‚ë ‚¤.‚· ‚È‚í ‚¿ "í •í •Þ-¿,•H ‹ï •Þ-¿‚É ‚‚¢ ‚Ä‚Ì "K "-‚È•Þ-¿ ŽŽOE±,•¨ •« ŽŽOE± ‚Ì OE‹‰Ê ‚AE•Ø•í •ð OE•‚Ì ‚Ý ‚ð Šî 'b ƒf •[ ƒ^ ‚AE‚µ,‰ð •Í ‚Ì ‚Ý ‚Å•Ø ‚è ‚-‚¸•‚¸• ¶ •¬,•Ø •í-Í,•Ø •í ‰·"x,•H ‹ï ‚· ‚-‚¢-Ê•ã ‚Ì ‰ž-Í, ‚³ ‚ç ‚É ‚Í •H‹ï-€-Õ ‚ð ‚à ‹• ‚ß "¾‚é ‚ae ‚¤ ‚É ‚· ‚é ‚± ‚AE‚Å ‚ ‚é.‚µ ‚© ‚µ•Ø•í ‰ß 'ö ‰ð•Í ‚Ì •¢ "ï ‚³ ‚Í '½ ‚-‚Ì OE»•Û‚ª •¡ ŽG ‚É‚© ‚ç‚Ý ‚ ‚¢ 'Š OE݈ËOEÝˆË ' ¶ ‚Ì ŠÖOEW ‚É ‚ ‚é ‚± ‚AE‚Å ‚ ‚è,-á ‚¦ ‚Î ‚¹ ‚ñ 'f Šp ‚Í •H‹ï ‚· ‚-‚¢-Ê•ã ‚Ì-€ ŽC‚AE‚Ì ŠÖ˜A ‚É‚¨‚¢‚É‚¨‚¢ ‚ÄOEˆ'è ‚· ‚é ‚µ,‹t ‚É ‚± ‚Ì-€ ŽC‚Í ‚¹ ‚ñ 'f ˆae ‚Ì 'Y•« •Ï OE`‚É ‚ae ‚Á‚ĉe ‹¿ ‚³ ‚ê ‚é.‚Ü ‚½•‚ '¬ •Ï OE`‚Ì ‚½‚ß • ¶ ‚¸‚邸‚é "-"M‚Í "í •í •Þ-¿‚Ì •Ï OE`"Á•« ‚ɉe ‹¿ ‚µ,‚¹ ‚ñ 'f-Ê•ã ‚Ì •Ï OE`‰ž-Í,•H ‹ï ‚· ‚-‚¢-Ê•ã ‚Ì-€ ŽC‰ž-Í‚ð •Ï ‰»‚³ ‚¹ ‚é.‚µ ‚½‚ª ‚Á‚Ä•Ø•í ‚É‚¨‚¢‚É‚¨‚¢ ‚Ä ‚Í OE •X‚Ì OE»•Û ‚ð "AE-§‚É'Š •o ‚µ ‹c˜_‹c˜_ ‚µ ‚Ä ‚à,‚± ‚ê ‚ç ‚Ì ŠÖ˜A ‚Ì •ã ‚É‚½ ‚Á‚Ä‚¢ ‚é •Ø•í ‰ß 'ö ‚ð-•‰ð‚µ,‚» ‚Ì •"-Ê ‚ð 'è-Ê "I ‚É‹• ‚ß ‚é ‚± ‚AE‚Í •s ‰Â "\ ‚Å‚ ‚é. •Ø•í ‰ß 'ö ‚Ì •"-Ê ‚ð ‹• ‚ß ‚é ‚É ‚Í •½•t •û 'ö Ž®,-¬ "®-@'¥, "í •í •Þ ‚Ì-¬ "®‰ž-Í "Á •«, ‚· ‚-‚¢-Ê‚Ì-€ ŽC"Á•«,"M ˆÚ"®•û 'ö Ž®‚Ì •" Ž®‚ð-^‚¦ ‚ç‚ê ‚½•Ø•í •ð OE•‚Ì ‚à ‚AE‚ŘA-§ •û 'ö Ž®‚AE ‚µ ‚ĉð‚-•K-v ‚ª ‚ ‚é.‚µ ‚© ‚µ,'Y •« •Ï OE`‚Ì-¬ "®-@'¥ ‚ª‚Ð ‚¸‚Ý‚¸‚Ý'• •ª ‚Ì OE`Ž®‚Å'è Ž®‰» ‚³ ‚ê ‚Ä‚¢ ‚é ‚½‚ß1),'è •í •Ø •í •ó 'Ô ‚Ì ‰ð ‚ð "¾‚é ‚½‚ß ‚É ‚Í,‚» ‚Ì ‰ß 'ö ‚ð •Ø •í ŠJŽn ‚© ‚ç 'Ç•ÕOEv ŽZ‚· ‚é ‚¢ ‚í ‚ä ‚é ƒVƒ~ ƒ… ƒOE•[ ƒVƒ ‡ƒ"-@‚É ‚ae ‚ç ‚´‚é‚´‚é ‚ð "¾ ‚È ‚¢.-{ •ñ •• ‚Å‚Í-L OEÀ-v 'f-@‚𠎲 ‚AE‚µ,•Ø •í ‚AE‚Í "AE-§‚µ ‚½ •Þ-¿ ŽŽOE± ‚É ‚ae ‚Á‚Ä"¾ ‚ç ‚ê ‚½"í •í •Þ ‚Ì-¬ "®‰ž-Í "Á •«2)‚¨‚ae‚¨‚ae ‚Ñ•H‹ï ‚· ‚-‚¢-Ê‚Ì-€ ŽC"Á•«3)‚ð-p ‚¢ ‚Ä"ñ ŽŸOE³-¬ ‚ê OE^•Ø•í ‰ß 'ö ‚ð ƒVƒ~ƒ…ƒOE •[ ƒg‚µ,'è •í •Ø•í •ó 'Ô ‚Ì ‰ð‚ð "¾‚½. ‚»‚µ ‚Ä•Ø•í ‚Ì •"-Ê,‚· ‚È ‚í ‚¿, •Ø ‚è ‚-‚¸•‚¸• ¶ •¬,•Ø •í-Í,•Ø •í ‰·"x,•H ‹ï ‚· ‚-‚¢-Ê•ã ‚Ì ‰ž-Í "™‚ð ‹• ‚ß,ŽÀ 'ª 'l ‚AE"ä Šr‚µ ‚½OE‹‰Ê-Ç ‚¢ˆê‚¢ˆê 'v ‚ð ‚Ý‚½‚Ì ‚Å•ñ •• ‚· ‚é. 2. ƒVƒ~ ƒ… ƒOE •[ ƒVƒ ‡ƒ" ‚Ì Žè-@ 'Y•« •Ï OE`‚Ì-¬ "®-@'¥ ‚Í ŽŸŽ®‚Ì ‚ae ‚¤ ‚É ‚Ђ¸‚݂Ђ¸‚Ý'• •ª ‚Ì OE`‚Å 'è Ž® ‰»‚³ ‚ê ‚Ä‚¢ ‚é. (1) ‚± ‚±‚ÅdƒÃij‚Í ‚Ђ¸‚݂Ђ¸‚Ý'• •ª,ƒÐ'‚‰j,dƒÐ'i‚Š ‚Í ‚» ‚ê ‚¼‚ê •Î •· ‰ž-Í‚AE‚» ‚Ì '• •ª,ƒÂ ‚‰j‚Í ƒNƒ• ƒl ƒbƒJ‚Ì ƒÂ,ƒÐ,dƒÐ ‚Í ‚»‚ê ‚¼‚ê 'Š "-‰ž-Í‚AE‚»‚Ì '• •ª,G, E , ƒË ‚Í ‚»‚ê ‚¼‚ê ‰¡ ‚¨‚ae‚Ñ‚¨‚ae‚Ñ•c 'e •« OEW •" ‚AEƒ{ƒAƒ\ ƒ""ä,‚Ü ‚½H'••dƒÐ/d ƒÃ ‚Å‚ ‚è,dƒÃ‚Í 'Š"-'Y•« ‚Ђ¸‚݂Ђ¸‚Ý'• •ª ‚Å‚ ‚é.‚µ ‚½‚ª ‚Á‚Ä"í •í •Þ‚Ì-¬ "® "Á•«-Ê ‚Å‚ ‚éH',ƒÐ,G, E , ƒË ‚AE ‹« ŠE•ðOE•‚ª Šù'm‚Å‚ ‚ê ‚Î,"÷ •¬ ‹-£ ‚Ì •Ø•í ‚ð•s ‚Á‚½‚AE‚«‚É• ¶ ‚¸‚鉞‚¸‚鉞-Í,‚Ð ‚¸‚Ý‚¸‚Ý'• •ª ‚Ì •ª •z ‚ð ‹• ‚ß ‚é ‚± ‚AE ‚Í Ž®(1)‚ðŠî 'b ‚AE‚µ‚½-L OEÀ-v 'f-@4)‚É‚ae ‚è‰Â "\ ‚Å‚ ‚é.‚µ ‚©‚µ,‹ï 'Ì "I ‚É‚Í '½‚-‚Ì-â'è ‚ª ‚ ‚é. ‚Ü‚¸•‚Ü‚¸•H‹ï •n •ae ‚Í "í •í •Þ ‚ð"‚Ð ‚« ‚³ ‚¢ ‚Ä"'n • ¶ •V-Ê‚Å‚ ‚é Žd•ã-Ê, •Ø ‚è ‚-‚¸-‚¸-Ê‚ð‚‚-‚Á‚Ä‚¢ ‚-‚Ì ‚Å‚ ‚é‚©‚ç, ‚± ‚Ì ‰ß 'ö ‚Ì Žaeˆµ ‚¢ ‚É‚Í "K"-‚È"j 'f ‚Ì •ð OE•‚ð"±"ü ‚µ‚È‚¯ ‚ê‚Î ‚È ‚ç‚È‚¢.‚µ ‚©‚µOE» 'i ŠK‚Å‚Í ‰" •« "j 'f ‚ÉŠÖ ‚· ‚é•M-Š ‚Å‚« ‚é-@ '¥ ‚Í 'm‚ç‚ê ‚Ä‚¢ ‚È‚¢ ‚©‚ç,‰½ ‚ç‚©‚Ì ‹ß Ž-"I ‚È•û-@‚É ‚ae ‚Á‚Ä‚±‚Ì-â'è ‚ð‰ð OEˆ‚µ‚È ‚¯ ‚ê ‚Î ‚È ‚ç‚È‚¢.ŽŸ ‚ÉOEv ŽZŽž ŠÔ‚Ì-â'è ‚ª ‚ ‚é.•Ø •í ŠJŽn‚©‚ç'è •í •ó'Ô‚É‚¢ ‚½‚é‰ß 'ö‚ð '€ ŽŸ 'Ç•Õ ‚µ‚ÄOEv ŽZ‚· ‚é‚Ì ‚Å‚Í,‚± ‚ê ‚É-v ‚· ‚éOEv ŽZŽžŠÔ‚Í "ñOE» ŽÀ "I ‚È-c'å ‚³ ‚AE‚È‚Á‚Ä‚µ‚Ü‚¤.ˆÈ •ã ‚ð•l-¶ ‚µ‚Ä-{•ñ •• ‚Å‚Í "¼• ¶ •¬•Ø ‚è‚-‚¸ƒ‚ƒf‚¸ƒ‚ƒf ƒ‹ ‚ðOEv ŽZ‚Ì ‹N"_ ‚AE ‚· ‚éˆÈ‰º‚Ì •û-@‚ð•Ì-p‚µ‚½. * OE´•OE´•eŽó•t •º ˜a50"N1OEŽ20 "ú. •º ˜a48"N"x•¸ ‹@ Šw ‰ï •t ‹G'å‰ï Šw •p•u‰‰ ‰ï(•º ˜a48"N4OEŽ 5 "ú) ‚É‚Ä "-•\. * * •³ ‰ïˆõ "OE ‹ž•H‹AE 'å Šw •HŠw•"("OE ‹ž"s-Ú •• ‹ae'剪 ŽR2-12-1) 1 6 •¸-§‹@ ŠB 42 Šª 5 • †