ИТО-98/99/Секция E

Технологии компьютерного моделирования в настоящее время становятся доступны даже небольшим научным коллективам и широко используются в научных исследованиях.

В современных технологических процессах механическая обработка материалов резанием занимает очень большое место, так как применима для большинства материалов и величин припусков. Механическая обработка, обеспечивая получение конечной формы и поверхности изделия, вносит дефекты, внешние – в виде шероховатости поверхности и внутренние – в виде дислокаций, микротрещин и трещин в поверхностном слое.

Исторически большинство исследований проведено для вязких материалов. Обработка хрупких материалов имеет свои особенности, такие как мгновенное разрушение и очень небольшая доля пластических деформаций в полной деформации срезаемого слоя. Сам процесс резания протекает в две чётко разделённые стадии – приложение нагрузки и её возрастание до критической величины, а затем мгновенное разрушение образца.

На этапе нарастания нагрузки в образце формируется поле напряжений. При этом в некоторых участках образца могут возникнуть зоны с критическими (разрушающими) для данного материала напряжениями. Для прогнозирования процесса разрушения необходимо знать характер распределения этих зон в образце. Особенно важной является возможность изменения расположения напряжённых зон, так как это влияет на качество обрабатываемой поверхности.

В процессе лезвийной обработки разрушающие напряжения всегда присутствуют в образце за обработанной поверхностью. Хотя отделение элемента стружки проходит по основной (магистральной) трещине, вблизи неё с неизбежностью образуются сопутствующие трещины. Часть трещин останавливается в своём росте при попадании в область с более низкими значениями напряжений. Часть трещин может замыкаться на обработанную поверхность или на себя. Это приводит к тому, что после обработки слой материала, прилегающий к полученной поверхности, насыщен трещинами, а обработанная поверхность содержит сколы и вырывы.

Так как разрушение хрупких материалов происходит практически мгновенно, то различные способы фиксации собственно момента разрушения, во-первых, достаточно трудоёмки, а, во-вторых, дают мало информации о причинах и механизме разрушения.

Количественные характеристики начала разрушения часто не являются практически важными. Поскольку процесс резания самоустанавливающийся, то особый интерес представляет картина распределения напряжений или деформаций в образце, соответствующих заданному уровню силы. Такую картину невозможно получить в ходе физического эксперимента.

Для целей уменьшения дефектного слоя и улучшения качества обрабатываемой поверхности была разработана компьютерная модель процесса несвободного прямоугольного резания, позволяющая получить положение изолиний напряжений в теле образца при схеме нагружения, эквивалентной воздействию режущего инструмента.

Компьютерная программа позволяет пользователю многократно изменять параметры схемы нагружения, отслеживая при этом соответствующее изменение структуры поля напряжений в образце.

Физический эксперимент в данном случае позволяет определить лишь качество обработанной поверхности, которое зависит от размещения поля напряжений в образце, что невозможно оперативно контролировать во время протекания процесса резания. Некоторую информацию можно также получить исследованием стружки, но деформация частиц стружки отражает только состояние материала непосредственно перед разрушением и не позволяет проследить изменение состояния во время процесса.

Для проведения лабораторных испытаний обработки материалов резанием обычно необходимо уникальное оборудование для регистрации параметров самого процесса и для дальнейших исследований обработанных поверхностей и стружки. Часто для проведения опытов и исследований требуется привлечение сотрудников разных специальностей (станочники, металловеды, термисты), что требует организационных, временных и финансовых затрат.

Компьютерные технологии могут оказать серьёзную помощь в работе исследователя. Доля физических экспериментов может быть заметно сокращена, а сами эксперименты отнесены на заключительный этап проверки результатов исследований. Для грамотного использования преимуществ новых технологий специалисты, прежде всего, должны иметь представление о возможностях и ограничениях этих технологий и определённый уровень подготовки.

Подводя итоги, можно сказать, что сейчас идёт период выяснения возможностей практического использования компьютерных технологий, адаптация к новым способам исследований, построения новых научных технологий.

Сервер поддерживается фирмой НПП "БИТ про" и Московским центром Федерации Интернет Образования