The effect of mesh parameters on computational cost and results in simulation of milling in Inconel 718
Creators
- 1. Universidade Federal de Uberlândia
Description
The Finite Element Method analysis of machining processes has become a ubiquitous feature to the area, however, there sometimes occur considerable deviations between experimental and simulated results due to the inherent complexity of the process. The basis for such may conceivably be related to imprecisions in the material and friction modelling, besides improper setup of mesh parameters. Elements should be small enough to allow for the proper representation of the chip formation, but taking into account that the computational time increases accordingly with mesh downsizing. Simulations of the milling process of Inconel 718 were conducted using the software Thirdwave AdvantEdge under different cutting conditions for three different meshes. Power and temperature output were compared to experimental results, most of which were measured via Hall-effect sensors and thermographic camera, respectively. The tool cutting edge radius was found to be an important factor and was estimated using Scanning Electron Microscope images. The influence of the finite element mesh size was higher for harsher cutting conditions, with effects felt on machining power only. In this case, finer mesh produced results that showed a higher agreement with experimental data, but at higher computational cost as shown by analysis of elapsed processing time. Although errors higher than 40% were observed, power and temperature trends from simulations were always in accordance with that found in experimental tests. Comparisons with experimental data from other studies showed the errors tend to grow for higher feed and cutting speed, which indicates the constitutive model of the material is more adequate for softer machining conditions. Simulation time seemed to be exponentially proportional to the inverse of minimum element size, and measured values might serve as a reference for other users.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
أصبح تحليل طريقة العناصر المحدودة لعمليات التشغيل الآلي سمة في كل مكان في المنطقة، ومع ذلك، تحدث في بعض الأحيان انحرافات كبيرة بين النتائج التجريبية والمحاكاة بسبب التعقيد المتأصل في العملية. يمكن تصور أن يكون أساس ذلك مرتبطًا بعدم الدقة في نمذجة المواد والاحتكاك، إلى جانب الإعداد غير السليم لمعلمات الشبكة. يجب أن تكون العناصر صغيرة بما يكفي للسماح بالتمثيل المناسب لتكوين الشريحة، ولكن مع الأخذ في الاعتبار أن الوقت الحسابي يزداد وفقًا لذلك مع تقليص حجم الشبكة. تم إجراء عمليات محاكاة لعملية طحن Inconel 718 باستخدام برنامج Thirdwave AdvantEdge في ظل ظروف قطع مختلفة لثلاث شبكات مختلفة. تمت مقارنة خرج الطاقة ودرجة الحرارة بالنتائج التجريبية، والتي تم قياس معظمها عبر مستشعرات تأثير هول والكاميرا الحرارية، على التوالي. تم العثور على نصف قطر الأداة المتطور كعامل مهم وتم تقديره باستخدام صور المجهر الإلكتروني الماسح. كان تأثير حجم شبكة العناصر المحدودة أعلى بالنسبة لظروف القطع الأكثر قسوة، مع تأثيرات محسوسة على طاقة التشغيل الآلي فقط. في هذه الحالة، أنتجت الشبكة الدقيقة نتائج أظهرت اتفاقًا أعلى مع البيانات التجريبية، ولكن بتكلفة حسابية أعلى كما هو موضح في تحليل وقت المعالجة المنقضي. على الرغم من ملاحظة أخطاء أعلى من 40 ٪، إلا أن اتجاهات الطاقة ودرجة الحرارة من المحاكاة كانت دائمًا متوافقة مع تلك الموجودة في الاختبارات التجريبية. أظهرت المقارنات مع البيانات التجريبية من دراسات أخرى أن الأخطاء تميل إلى النمو للحصول على سرعة تغذية وقطع أعلى، مما يشير إلى أن النموذج التأسيسي للمادة أكثر ملاءمة لظروف التصنيع الأكثر ليونة. يبدو أن وقت المحاكاة يتناسب أسيًا مع معكوس الحد الأدنى لحجم العنصر، وقد تكون القيم المقاسة بمثابة مرجع للمستخدمين الآخرين.Translated Description (French)
L'analyse des processus d'usinage par la méthode des éléments finis est devenue une caractéristique omniprésente de la région, cependant, il y a parfois des écarts considérables entre les résultats expérimentaux et simulés en raison de la complexité inhérente du processus. La base de cela peut éventuellement être liée à des imprécisions dans la modélisation du matériau et de la friction, en plus d'une configuration incorrecte des paramètres de maillage. Les éléments doivent être suffisamment petits pour permettre une représentation correcte de la formation de la puce, mais en tenant compte du fait que le temps de calcul augmente en conséquence avec la réduction de la taille du maillage. Les simulations du processus de fraisage de l'Inconel 718 ont été effectuées à l'aide du logiciel Thirdwave AdvantEdge dans différentes conditions de coupe pour trois mailles différentes. La puissance et la température de sortie ont été comparées aux résultats expérimentaux, dont la plupart ont été mesurés via des capteurs à effet Hall et une caméra thermographique, respectivement. Le rayon de coupe de l'outil s'est avéré être un facteur important et a été estimé à l'aide des images du microscope électronique à balayage. L'influence de la taille des mailles des éléments finis était plus élevée pour des conditions de coupe plus dures, avec des effets ressentis uniquement sur la puissance d'usinage. Dans ce cas, un maillage plus fin a produit des résultats qui ont montré un meilleur accord avec les données expérimentales, mais à un coût de calcul plus élevé, comme le montre l'analyse du temps de traitement écoulé. Bien que des erreurs supérieures à 40 % aient été observées, les tendances de puissance et de température des simulations étaient toujours conformes à celles trouvées dans les tests expérimentaux. Les comparaisons avec les données expérimentales d'autres études ont montré que les erreurs ont tendance à augmenter pour une vitesse d'avance et de coupe plus élevée, ce qui indique que le modèle constitutif du matériau est plus adéquat pour des conditions d'usinage plus douces. Le temps de simulation semblait être exponentiellement proportionnel à l'inverse de la taille minimale des éléments, et les valeurs mesurées pourraient servir de référence pour d'autres utilisateurs.Translated Description (Spanish)
El análisis del Método de Elementos Finitos de los procesos de mecanizado se ha convertido en una característica omnipresente en el área, sin embargo, a veces ocurren desviaciones considerables entre los resultados experimentales y simulados debido a la complejidad inherente del proceso. La base para ello puede estar relacionada con imprecisiones en el modelado de materiales y fricción, además de una configuración inadecuada de los parámetros de la malla. Los elementos deben ser lo suficientemente pequeños como para permitir la representación adecuada de la formación de chips, pero teniendo en cuenta que el tiempo de cálculo aumenta en consecuencia con la reducción del tamaño de la malla. Las simulaciones del proceso de fresado de Inconel 718 se realizaron utilizando el software Thirdwave AdvantEdge en diferentes condiciones de corte para tres mallas diferentes. La potencia y la temperatura de salida se compararon con los resultados experimentales, la mayoría de los cuales se midieron a través de sensores de efecto Hall y cámara termográfica, respectivamente. Se descubrió que el radio del borde de corte de la herramienta era un factor importante y se estimó utilizando imágenes de microscopio electrónico de barrido. La influencia del tamaño de la malla de elementos finitos fue mayor para condiciones de corte más duras, con efectos que se sintieron solo en el poder de mecanizado. En este caso, una malla más fina produjo resultados que mostraron una mayor concordancia con los datos experimentales, pero a un mayor coste computacional, como lo demuestra el análisis del tiempo de procesamiento transcurrido. Aunque se observaron errores superiores al 40%, las tendencias de potencia y temperatura de las simulaciones siempre estuvieron de acuerdo con las encontradas en las pruebas experimentales. Las comparaciones con datos experimentales de otros estudios mostraron que los errores tienden a crecer para una mayor velocidad de alimentación y corte, lo que indica que el modelo constitutivo del material es más adecuado para condiciones de mecanizado más suaves. El tiempo de simulación parecía ser exponencialmente proporcional a la inversa del tamaño mínimo del elemento, y los valores medidos podrían servir como referencia para otros usuarios.Files
751375152292.pdf
Files
(266 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:ccb154b3d4a2cfc3ffbc07d000afeab2
|
266 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تأثير معلمات الشبكة على التكلفة الحسابية والنتائج في محاكاة الطحن في Inconel 718
- Translated title (French)
- L'effet des paramètres de maille sur le coût de calcul et les résultats de la simulation du fraisage dans Inconel 718
- Translated title (Spanish)
- El efecto de los parámetros de malla en el coste computacional y los resultados en la simulación de la molienda en Inconel 718
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3189113117
- DOI
- 10.4025/actascitechnol.v43i1.50363