danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2022-66-2-237-246dan-1060Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESЧисленное моделирование процесса магнитно-импульсной обработки осевого режущего инструмента в ANSYSNumerical simulation of the magnetic-pulsed processing of axis cutting tools using ANSYSМалеронокВ. В.MaleronokV. V.

Малеронок Владимир Владимирович – преподаватель

ул. Уборевича, 77, 220096, Минск

 

Maleronok Vladimir V. – Lecturer

77, Uborevich Str., 220096, Minsk

s-tm.v.v@mail.ruЦионенкоД. А.TsionenkoD. A.

Ционенко Дмитрий Александрович – кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник

ул. П. Бровки, 6, 220089, Минск

Tsionenko Dmitry A. – Ph. D. (Physics and Mathematics), Assistant Professor, Senior Researcher

6, P. Brovka Str., 220089, Minsk

tsiond@tut.byАлифановА. В.AlifanovA. V.

Алифанов Александр Викторович – доктор технических наук, профессор

ул. Войкова, 21, 225404, Барановичи

Alifanov Alexander V. – D. Sc. (Engineering), Professor

21, Voykov Str., 225404, Baranovichi

alifanov_aav@mail.ruБелорусская государственная академия авиацииBelarusian State Aviation AcademyБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsБарановичский государственный университетBaranovichi State University202206052022662237246Copyright © Малеронок В.В., Ционенко Д.А., Алифанов А.В., 20222022Малеронок В.В., Ционенко Д.А., Алифанов А.В.Maleronok V.V., Tsionenko D.A., Alifanov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1060

Целью данного исследования является анализ результатов численного моделирования процесса магнитно-импульсной обработки (МИО) осевого режущего инструмента в среде ANSYS и выработка на их основе практических рекомендаций, связанных с выбором режимов МИО. С использованием модуля Ansys Electronics Desktop (Maxwell) получено распределение индукционных токов на поверхности сверла, помещенного в индуктор. Временная реализация импульса тока в индукторе соответствует форме экспериментально измеренного импульса, который генерируется установкой МИУ-2. Рассчитана напряженность магнитного поля, которая на глубине 0,1 мм от поверхности сверла достигает h0,1 = 1,247 · 107 [А/м]. Рассмотрены два случая позиционирования сверла в индукторе: полная загрузка сверла (сверло устанавливается на всю длину индуктора) и половинная загрузка сверла (режущие кромки находятся в центре). Анализ показал, что плотность индукционного тока имеет наибольшую величину в канавке сверла при полной загрузке и в области режущих кромок при половинной загрузке. С использованием модуля Ansys Transient Thermal: выполнено моделирование тепловых процессов для двух основных временных интервалов (нагрев сверла в процессе разряда в индукторе при МИО и остывание сверла во время заряда конденсаторной батареи для повторного цикла МИО). Получено распределение температуры для обоих вариантов расположения сверла внутри индуктора и сделан вывод, что для обработки боковой поверхности режущего инструмента (режущей ленточки) необходимо использовать вариант с полной загрузкой, а для обработки режущих кромок, более эффективной является половинная загрузка.

The purpose of this study is an analysis of the numerical simulation results of the magnetic-pulsed processing (MPP) of axis cutting tools using ANSYS. Practical recommendations for the choice of optimal MPP modes are developed on the basis of this analysis. The induction current distribution on the surface of a drill placed in an inductor was obtained using the Ansys Electronics Desktop (Maxwell) module. The time realization of the current pulse in the inductor corresponds to the shape of the experimentally measured pulse waveform. The magnetic pulse is generated by the unit MIU-2. According to the calculation, the magnetic field strength reaches the value h0,1 = 1.247 · 107 [A/m] at a depth of 0.1 mm from the drill surface. Two cases of drill positioning in the inductor are considered: full loading of the drill (the drill is installed on the inductor entire length) and half loading of the drill (the cutting edges are situated in the inductor center). The analysis results show that the density of the induction current has the highest value in the grove of the drill at full loading and in the region of cutting during the discharging in the inductor for the MPP cycle and drill cooling during the charging of the capacitor bank for the repeated MPP cycle) using the Ansys Transient Thermal module. The temperature distribution was obtained for the both options for the location of the drill inside the inductor. The result is that for reinforcing the side surface of the cutting tool (cutting band) the full loading option must be used. For reinforcing the cutting edges the half loading option is more efficient.

магнитно-импульсная обработкасверло3D моделированиережущий инструментпрограммное обеспечение ANSYSmagnetic pulse technologydrill3D modelingcutting toolANSYS softwareReferencesАлифанов, А. В. Физика процесса магнитно-импульсного упрочнения стальных изделий, расчет индукторов и параметров процесса / А. В. Алифанов, Д. А. Ционенко, А. М. Милюкова // Перспективные материалы и технологии: в 2 т. / под общ. ред. В. В. Рубаника. – Витебск, 2017. – Т. 2. – С. 31–53.Alifanov A. V., Tsionenko D. A., Milyukova A. M. Physics of the process of magnetic-pulse hardening of steel products, calculation of inductors and process parameters. Perspektivnye materialy i tekhnologii: v 2 tomakh [Perspective materials and technologies: in 2 volumes]. Vitebsk, 2017, vol. 2, pp. 31–53 (in Russian).Овчаренко, А. Г. Комбинированная магнитно-импульсная обработка режущего инструмента / А. Г. Овчаренко, А. Ю. Козлюк, М. О. Курепин // Технология машиностроения. – 2010. – № 9. – С. 26–29.Ovcharenko A. G., Kozlyuk A. Yu., Kurepin M. O. Combined magnetic-pulse processing of cutting tools. Tekhnologiya mashinostroeniya [Engineering Technology], 2010, no. 9, pp. 26–29 (in Russian).Импульсная магнитная установка для упрочнения режущих инструментов / А. С. Орлов [и др.] // Вестн. ИГЭУ. – 2011. – № 4. – С. 35–39.Orlov A. S., Poletaev V. A., Markov M. G., Krasilnik’yants E. V. Pulse magnetic hardening machine for cutting tools. Vestnik Ivanovskogo Gosudarstvennogo Energeticheskogo Universiteta = Vestnik of Ivanovo Power Engineering University, 2011, no. 4, pp. 35–39 (in Russian).Ansys [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ansys.com. – Дата доступа: 01.03.2022.Ansys. Available at: https://www.ansys.com (accessed 1 March 2022).Mahmoud, M. An Efficient Computational Model for Magnetic Pulse Forming of Thin Structures / M. Mahmoud, F. Bay, D. Pino Muñoz // Materials. – 2021. – Vol. 14, N 24. – Art. 7645. https://doi.org/10.3390/ma14247645Mahmoud M., Bay F., Pino Muñoz D. An Efficient Computational Model for Magnetic Pulse Forming of Thin Structures. Materials, 2021, vol. 14, no. 24, art. 7645. https://doi.org/10.3390/ma14247645Ultra High Power applications designed using the LS-DYNA EMAG solver / G. Mazars [et al.]. – Toulouse, 2013 [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.bmax.com/wp-content/uploads/2013/06/UHP_app_designed_withLSD_EMAG.pdf. – Date of access: 01.03.2022.Mazars G., Avrillaud G., Jeanson A.-C., Cuq-Lelandais J.-P. Ultra High Power applications designed using the LSDYNA EMAG solver. Toulouse, France, 2013. Available at: https://www.bmax.com/wp-content/uploads/2013/06/UHP_app_designed_with-LSD_EMAG.pdf (accessed 1 March 2022).Chernikov, D. Investigation of the Thermal Effects of Magnetic Pulse Forming using LS-DYNA / D. Chernikov, V. Gluschenkov, P. L’Eplattenier // Conference: 12 th International LS-DYNA Users. 2012 [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.researchgate.net/publication/313887639_Investigation_of_the_Thermal_Effects_of_Magnetic_Pulse_Forming_using_LS-DYNA_R. – Date of access: 01.03.2022.Chernikov D., Gluschenkov V., L’Eplattenier P. Investigation of the Thermal Effects of Magnetic Pulse Forming using LS-DYNA. Conference: 12 th International LS-DYNA Users, 2012. Available at: https://www.researchgate.net/publication/313887639_Investigation_of_the_Thermal_Effects_of_Magnetic_Pulse_Forming_using_LS-DYNA_R (accessed 1 March 2022)Гордиенко, А. И. Инновационные разработки Физико-технического института Национальной академии наук Беларуси / А. И. Гордиенко // Вестн. БарГУ. Сер. Техн. науки. – 2014. – № 2. – С. 34–39.Gordienko A. I. Innovative developments of the Physical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus. Vestnik Baranovichskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya Tekhnicheskie Nauki = BarSu Herald. Series Engineering, 2014, no. 2, pp. 34–39 (in Russian).Алифанов, А. В. Исследование упрочненных магнитно-импульсной обработкой поверхностных слоев металлических изделий с помощью токов высокой частоты / А. В. Алифанов, В. В. Малеронок, Д. А. Ционенко // Актуальные проблемы прочности: в 2 т. / под общ. ред. В. В. Рубаника. – Витебск, 2018. – Т. 1. – С. 111–124.Alifanov A. V., Maleronok V. V., Tsionenko D. A. Investigation of surface layers of metal products hardened by magnetic-pulse treatment using high-frequency currents. Aktual’nye problemy prochnosti: v 2 tomakh [Actual problems of strength: in 2 volumes]. Vitebsk, 2018, vol. 1, pp. 111–124 (in Russian).Ansoft. Maxwell 3D. Electromagnetic and Electromechanical Analysis [Electronic resource]. – Mode of access: http://ansoft-maxwell.narod.ru/en/CompleteMaxwell3D_V11.pdf. – Date of access: 01.03.2022.Ansoft. Maxwell 3D. Electromagnetic and Electromechanical Analysis. Available at: http://ansoft-maxwell.narod.ru/ en/CompleteMaxwell3D_V11.pdf (accessed 1 March 2022).Transient Thermal Analysis in Ansys Mechanical Workbench: Dealing with Non-Physical Temperature Results [Electronic resource]. – Mode of access: https://simutechgroup.com/transient-thermal-analysis-in-ansys-mechanical-workbench-dealing-with-non-physical-temperature-results. – Date of access: 01.03.2022.Transient Thermal Analysis in Ansys Mechanical Workbench: Dealing with Non-Physical Temperature Results. Available at: https://simutechgroup.com/transient-thermal-analysis-in-ansys-mechanical-workbench-dealing-with-non-physicaltemperature-results (accessed 1 March 2022).Панин, В. В. Измерение параметров импульсных электромагнитных процессов / В. В. Панин, Б. М. Степанов. – М., 1984. – 116 с.Panin V. V., Stepanov B. M. Measurement of parameters of impulse electromagnetic processes. Moscow, 1984. 116 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.