Determination of optimum numerical parameters in a 3D model of finish turning operation applied to Inconel 718

Abstract

La operación de torneado de acabado consiste en un proceso de corte tridimensional llevado a cabo con precisión tamaño quitando una sección de viruta muy delgada de la pieza de trabajo. En este artículo, proponemos un modelo numérico modelo de operación de torneado de acabado aplicado a Inconel® 718. El trabajo se centra en la determinación de parámetros numéricos óptimos (tamaño de malla y criterio de elemento de eliminación) para la modelado del proceso de eliminación de virutas: 1/ se necesitan al menos 10 elementos en la dirección de alimentación para predecir las fuerzas de corte con precisión; 2/ la calibración de la eliminación del elemento cortante es fundamental clave: su valor afecta drásticamente a la distribución de temperatura en la pieza mecanizada. A estudio numérico de variables globales (fuerzas de corte y morfología de la viruta) y variables locales (deformación, velocidades de deformación y temperatura) en el chip se presenta y discute. Finalmente una comparación con mediciones experimentales en términos de fuerzas muestra una buena precisión con predicciones numéricas (el error relativo promedio entre las fuerzas numéricas y experimentales es de alrededor del 2% considerando una velocidad de corte Vc = 300 m/min).

Finish turning operation consists in a three-dimensional cutting process carried out to accurate size removing a very thin chip section from the work-piece. In this paper, we propose a numerical model of finish turning operation applied to Inconel® 718. The work is focused on the determination of optimum numerical parameters (mesh size and deletion element criterion) for the modeling of chip removing process: 1/ at least 10 elements in the feed direction are needed to predict the cutting forces with accuracy; 2/ the calibration of shear element deletion is a fundamental key: its value affects drastically the temperature distribution in the machined piece. A numerical study on global variables (cutting forces and chip morphology) and local variables (strain, strain rates and temperature) in the chip is presented and discussed. Finally a comparison with experimental measurements in term of forces shows a good accuracy with numerical predictions (the average relative error between numerical and experimental forces is around 2% considering a cutting speed Vc = 300 m/min).