Analiza stanu naprężenia i odkształcenia elementu wirującego z wysokimi prędkościami przy wykorzystaniu Metody Elementów Skończonych

Stosowana coraz częściej w przemyśle obróbka z wysokimi prędkościami HSM (High Speed Machining) umożliwia znaczne skrócenie czasu obróbki. Jednocześnie jednak dla takiego zakresu prędkości decydującego znaczenia nabierają nieuwzględniane dotąd czynniki takie jak dynamika procesu skrawania czy efekty temperaturowe itp. Jednym z istotnych problemów jest również zmiana wymiarów elementów wirujących z wysokimi prędkościami. W procesie skrawania zjawisko to może mieć miejsce, gdy obróbka realizowana jest przy wysokich obrotach wrzeciona narzędziowego (frezowanie) lub przedmiotowego (toczenie). Może to powodować zmianę wymiarów średnicowych i osiowych samych elementów oraz zmianę warunków pracy systemów mocowania narzędzi. Opracowanie zawiera wyniki analizy stanu odkształcenia i naprężenia wałka wirującego z wysokimi prędkościami uzyskane przy zastosowaniu MES. Badania przeprowadzono dla warunków odpowiadających trzem wartościom prędkości obrotowej: 5000, 10000 i 20000 obr./min oraz dla trzech wartości średnicy wirującego elementu: 50,100 i 200 mm. Uzyskane wyniki świadczą, iż w zakresie prędkości obrotowych 10000^-20000 obr./min, dla elementów o średnicach powyżej 100 mm wpływ przyrostu wymiaru poprzecznego może być dość znaczny i sięgać do kilku setnych milimetra. Prezentowane rezultaty w dużym stopniu zgodne są z wynikami uzyskanymi przez autorów w oparciu zadanie Lamego.

---

High Speed Machining (HSM), as morę and more often used indu-strial manufacturing process, allows considerable decreasing of machining time. For such rangę of machining speed, a number of new factors like the cutting process dynamics or the temperature effects become crucial. Change of the rotating piece dimensions is to be considered as one of the morę important aspects of the process. The phenomenon may take place while cutting is performed at high rotational speed of the tool spindle (milling) or the workpiece spindle (turning). It may to cause a change of the piece diameter as well as longitudinal dimension or to alternate the tool system operating conditions. The paper presents the FEM analysis results, i.e. displacements and stresses for the high speed rotating cylinder having limited length. Calculations were carried out for rotational speed values of: 5000, 10000, 20000 rpm and for the rotating piece diameter values of 50,100 and 200 mm. The results being achieved, within the rangę of rotational speed between 10000 and 20000 rpm and for the diameters over 100 mm, show that increase for the transverse dimension may reach considerable values of several hundredths of millimeter. The results are in agreement with previous ones obtained by the authors using the Lame approach to the problem.