Численное моделирование стружкообразования при лезвийном резании волоконно-армированной композитной заготовки объемного плетения. Часть 2: геометрическое и физическое моделирование

Данная статья является продолжением первой ее части и посвящена собственно моделированию процесса резания заготовки из композита. Поскольку для получения точных деталей из волоконно-армированных композитных материалов (ВКМ) объемного плетения ортогональной структуры все чаще применяется лезвийная обработка, то прогнозирование качества обработанных поверхностей целесообразно выполнять с использованием численного компьютерного моделирования. Для создания численных физических моделей такой обработки применяются соответствующие им численные методы геометрического моделирования инструментов и самих композитных заготовок, включая воксельное моделирование. Последнее, в отличие от аналитической геометрии в пространстве, является абсолютно устойчивым для описания поверхностей любой степени сложности. Поскольку все реальные объекты, включая волокна композита, имеют шероховатость поверхностей, то воксельные модели являются эффективным инструментом для выбранного моделирования композита. Кроме того, воксели как частицы являются геометрическими аналогами частиц физического моделирования по методу гидродинамики сглаженных частиц - Smooth Particle Hydrodynamics (SPH), все чаще применяемого для моделирования процессов резания лезвийными инструментами. Исходя из этого, в работе рассматривается создание воксельной модели заготовки из ВКМ объемного плетения, получение на ее основе SPH-модели композита и расчет напряженно-деформированного состояния зоны резания при лезвийной обработке. В указанной модели процесса резания используются выбранные в первой части статьи модели материалов и их параметры. Такой моделью для металлических композитов является модель Джонсона-Кука, для которой в первой части статьи были выбраны параметры и для граничного слоя волокно - матрица. Результаты моделирования обработки первоначально заготовки из гомогенного материала показали обнадеживающий результат. Последующее моделирование резания заготовки из композита показало отличия напряженно-деформированного состояния ее зоны резания от такой зоны для гомогенной заготовки, включая повышенные величины сколов в момент выхода лезвия инструмента из этой заготовки. Были обнаружены и другие отличия для этих двух случаев, которые необходимо принимать во внимание при выборе параметров технологической операции и элементов технологической системы. Наряду с этим в работе показано, что данные исследования требуют интенсивного дальнейшего изучения, в особенности уточнения модели и ее параметров для материала вышеуказанного граничного слоя.