Experimental and simulation investigations of face milling process of Ti-6Al-4V titanium alloy

This paper is focused on the finite element analysis of machining of Ti6Al4V titanium alloy in a nonorthogonal (3D) face milling process. The study was conducted for face milling with the cutting speed of 80 m/min, depth of cut of 1 mm, cutting width of 10 mm and different feed rates. The FEM simulations include the cutting force components and average maximum cutting temperatures. The simulation results were compared with experimental data obtained for similar milling process configuration. It was found that the kind of FEM constitutive model influences the force and temperature values. In this case the cutting force has a better match with experimental data when using the JC model. On the other hand, a good fitting for both feed and passive forces was achieved for the PL model. Additionally, a very good fitting for the cutting temperature using PL FEM model was obtained. It was also found that the feed rate has a significant effect on the average interface temperature and can be modelled by using FEM material models presented in the article.

W pracy prowadzono analizę wyników symulacji procesu frezowania walcowo-czołowego stopu tytanu Ti6Al4V, w układzie nieortogonalnym (3D) z zastosowaniem metody elementów skończonych. W procesie frezowania płaskiego stosowano prędkość skrawania 80 m/min, głębokość skrawania 1 mm, szerokość skrawania 10 mm, dla różnych wartości posuwów. Przy użyciu MES określono wartości składowych sił skrawania oraz maksymalną wartość temperatury skrawania. Walidację wyników symulacyjnych i badań eksperymentalnych prowadzono dla takich samych wartości warunków obróbki. Stwierdzono, że rodzaj konstytutywnego modelu MES ma wpływ na wartości siły i temperatury skrawania. W tym ujęciu dobrą zgodność danych symulacji normalnych i eksperymentalnych, dla przypadku składowej głównej siły skrawania, uzyskano przy zastosowaniu modelu JC. Natomiast lepsze dopasowanie dla składowej posuwowej i odporowej (pasywnej) uzyskano dla modelu PL. Dodatkowo dobre dopasowanie wyniku symulacji i eksperymentu, dla temperatury skrawania, uzyskano także dla modelu MES typu PL. Stwierdzono, że posuw ma znaczny wpływ na wartość średniej temperatury skrawania. Modelowanie tych oddziaływań można realizować, stosując modele materiałowe MES przedstawione w pracy.