Können Computermodelle die Bearbeitung von gehärtetem Stahl genau simulieren? Dieses Papier stellt ein praktisches 3D-Finite-Elemente-Analyse (FEA)-Modell vor, um das Hartdrehen von AISI 52100-Stahl mit einem PCBN-Schneidwerkzeug zu analysieren. Das Modell integriert thermoelastisch-plastische Eigenschaften des Werkstoffs und schlägt ein verbessertes Reibungsmodell vor, um die Werkzeug-Span-Interaktion zu charakterisieren. Die Forschung etabliert ein geometrisches Modell zur Simulation des 3D-Drehens und bietet Einblicke in die Spanbildung, Kräfte, Eigenspannungen und Schnitttemperaturen. FEA-Modellvorhersagen demonstrieren eine angemessene Genauigkeit im Vergleich zu experimentellen Ergebnissen. Die Sensitivitätsanalyse des Modells bestätigt, dass die Größe der Materialversagensdehnung für die Spanabtrennung konsistente Ergebnisse unter Verwendung experimentell bestimmter Materialeigenschaften liefert. Die Analyse validiert auch das vorgeschlagene Reibungsmodell und hebt den signifikanten Einfluss des Haftbereichs auf der Werkzeug-Span-Schnittstelle auf die Modellvorhersagen hervor. Diese Studie bietet ein wertvolles Werkzeug zur Optimierung von Hartdrehprozessen. Durch die genaue Vorhersage von Schlüsselparametern hat das FEA-Modell das Potenzial, die Herstellungskosten zu senken, die Produktqualität zu verbessern und die Entwicklung effizienterer Bearbeitungsstrategien für gehärtete Stähle zu ermöglichen. Dieses Tool trägt zu Fortschritten im Fertigungsingenieurwesen bei und bietet bedeutende Implikationen für die Bearbeitungsindustrie.
Das Journal of Manufacturing Science and Engineering betont innovative Forschung in Fertigungsprozessen, was diese Arbeit zu einer starken Übereinstimmung macht. Die Entwicklung und Validierung eines 3D-FEA-Modells für das Hartdrehen steht in direktem Einklang mit dem Fokus der Zeitschrift. Durch die Verbesserung des Verständnisses und der Vorhersage in der Bearbeitung trägt diese Forschung zur Weiterentwicklung der Fertigungswissenschaft und des Ingenieurwesens bei.