Simulación numérica de materiales

17 de marzo de 2023

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por Revista Internacional de Fabricación Extrema

Investigadores del Instituto de Tecnología de Harbin, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, la Universidad de Guizhou y la Universidad Ruhr de Bochum publicaron en el International Journal of Extreme Manufacturing, una breve reseña sobre la aplicación de simulaciones numéricas para abordar el impacto de las propiedades y las microestructuras de la pieza de trabajo. materiales en los mecanismos de corte de diamante de diferentes tipos de materiales de piezas de trabajo, como materiales metálicos, duros quebradizos y materiales compuestos.

Además, también se analiza el efecto de aplicar un campo de energía externo al corte con diamante de materiales difíciles de cortar.

El comportamiento de deformación anisotrópica entre los granos monocristalinos en el corte con diamante de materiales policristalinos se puede describir bien a escala microscópica mediante la simulación de elementos finitos de plasticidad cristalina, que proporciona las bases para la comprensión fundamental de los mecanismos de formación, así como la estrategia de supresión de los pasos de la superficie del límite del grano en la superficie maquinada.

La variación del estado de fricción entre la herramienta y la viruta con la temperatura de corte se puede capturar de manera efectiva mediante el criterio de fricción de deslizamiento por adherencia del acoplamiento termomecánico integrado en el modelo de elementos finitos. Además, el desgaste de la herramienta de diamante se puede suprimir introduciendo texturas en la herramienta de corte.

La comprensión fundamental de los eventos de transformación de fase y agrietamiento a través de simulaciones es crucial para revelar los mecanismos de transición de frágil a dúctil de materiales duros y frágiles, lo que permite la selección racional de parámetros optimizados para mejorar la maquinabilidad dúctil.

El modelo numérico basado en la física es fundamental para proporcionar resultados previstos que estén en línea con los datos experimentales para materiales compuestos. Las características microestructurales reales de la fase reforzada, así como el tratamiento adecuado de la interfaz fase-matriz reforzada, son esencialmente necesarios para representar con precisión las interacciones herramienta-fases en simulaciones numéricas de corte con diamante de materiales compuestos.

La configuración de los campos externos (campo de vibración, campo térmico y campo de implantación de iones) y sus interacciones con el material de la pieza de trabajo sin pérdida de la física es fundamental para revelar los mecanismos de corte de diamante asistido por campo de materiales difíciles de mecanizar con maquinabilidad mejorada mediante métodos numéricos. simulaciones

Uno de los investigadores principales, el profesor Junjie Zhang, comentó: "Para la fabricación a escala atómica y casi atómica que se ocupa del procesamiento de materiales a escala atómica con un efecto de tamaño de superficie pronunciado, el corte de diamante de ultraprecisión también juega un papel importante". importante por su precisión de mecanizado subnanométrica alcanzable".

"La simulación numérica multiescala, como la simulación de elementos finitos a escala microscópica y la simulación de dinámica molecular a nanoescala, se ha vuelto más popular por su capacidad para proporcionar información dinámica sobre los procesos de corte de diamantes en curso de una variedad de materiales, como la deformación del material. , formación de virutas, evolución de la fuerza de corte y formación de superficies".

El primer autor, el Dr. Liang Zhao, comentó: "A pesar de las amplias aplicaciones de los diferentes métodos de simulación utilizados en la exploración del proceso de corte de diamantes, todavía hay problemas o desafíos que deben abordarse para una mejor comparación de los resultados previstos con los datos experimentales".

"En el presente trabajo, presentamos una revisión compacta sobre los avances recientes en simulaciones numéricas avanzadas de corte de diamantes de una variedad de materiales, que difieren en propiedades, microestructuras y constituyentes. Los aspectos informados en este trabajo presentan pautas para las simulaciones numéricas de respuestas de mecanizado mecánico de ultraprecisión para una variedad de materiales".

El profesor Alexander Hartmaier, director del Centro Interdisciplinario para la Simulación de Materiales Avanzados de la Ruhr-Universität Bochum, dijo: "La investigación futura sobre las simulaciones numéricas del corte de diamantes orientado a materiales podría recomendarse aún más a partir del desarrollo del modelo finito basado en la física de alta precisión. , con el objetivo principal de aumentar la precisión de predicción de los resultados de simulación para materiales estructurados avanzados en comparación con los datos experimentales".

Más información: Liang Zhao et al, Simulación numérica de corte de diamante de ultraprecisión orientado a materiales: revisión y perspectivas, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI: 10.1088/2631-7990/acbb42

Proporcionado por International Journal of Extreme Manufacturing