[發明專利]一種斷續切削條件下陶瓷刀具切削參數優化方法

有效

• 申請號: 201410271976.2
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104050322B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 崔曉斌;郭景霞;閆艷燕;郭強
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 朱俊峰,王聚才

1.一種斷續切削條件下陶瓷刀具切削參數優化方法，其特征在于：包括以下步驟，

（1）、首先確定陶瓷刀具的各項宏觀物理性能參數、微觀結構參數；

（2）、通過理論計算方法，確定陶瓷刀具微觀破壞的初始狀態值和臨界狀態值；

（3）、確定工件材料的物理性能參數、Johnson-Cook本構模型參數；

（4）、在有限元仿真軟件中設定刀具及工件的幾何形狀，并導入刀具材料、工件材料的各項相關參數；

（5）、根據實際加工條件，通過正交實驗設計方法確定有限元仿真過程中所采用的切削參數組合，并進行切削仿真；

（6）、依據有限元仿真結果，確定刀具應力分布；

（7）、將刀具微觀破壞與刀具應力分布相結合，對不同切削參數組合下刀具的最大損傷當量應力值進行計算；

（8）、對比刀具的最大損傷當量應力值，取值最小的切削參數組合即為可獲取最高的刀具壽命的最優選擇。

2.根據權利要求1所述的一種斷續切削條件下陶瓷刀具切削參數優化方法，其特征在于：所述步驟（1）具體為：通過查閱文獻或通過材料性能以及微觀結構的測試和計算，確定刀具材料的密度ρ、彈性模量E、泊松比ν、比熱C_t、熱導率λ_t、摩擦系數μ、氣孔率P、粒徑d。

3.根據權利要求1所述的一種斷續切削條件下陶瓷刀具切削參數優化方法，其特征在于：所述步驟（2）具體為：依據連續介質損傷力學，將多軸應力向單軸應力轉化，通過推導計算可獲得陶瓷刀具材料損傷值表達式：

?

其中D為刀具材料損傷值；P為刀具材料的氣孔率；c為刀具材料初始微裂紋長度的一半，認為初始微裂紋長度與刀具材料粒徑d相等；對于κ有κ=[(3-ν)/(1+ν)]；角度θ取為π/4；μ為可通過實驗獲取的刀具材料的摩擦系數；對于l^*有l^*=0.27c；對于l^**有l^**=0.083c；w為微裂紋間距離的一半，并可認為其值為2倍的初始微裂紋長度；l為張開裂紋長度；陶瓷刀具微觀破壞的初始狀態值為張開裂紋長度l為零時的損傷值D_i，陶瓷刀具微觀破壞的臨界狀態值用損傷值D_c代表，其值在區間0.2~0.5內取值。

4.根據權利要求1所述的一種斷續切削條件下陶瓷刀具切削參數優化方法，其特征在于：所述步驟（3）具體為：通過查閱文獻或實驗計算等方式獲取工件材料的物理性能參數：密度ρ_w、彈性模量E_w、泊松比ν_w、比熱C_w、熱導率λ_w；

對于Johnson-Cook本構模型，有公式如下：

其中，為剪應力、為剪應變、為剪應變率、T為絕對溫度、n為應變硬化指數，C為應變率敏感系數，m為熱軟化系數，A、B以及為常數；

通過查閱文獻或通過動態壓縮實驗以及擬合算法，獲取Johnson-Cook本構模型中的各項參數：應變硬化指數n，應變率敏感系數C，熱軟化系數m，常數A、B以及。

5.根據權利要求1所述的一種斷續切削條件下陶瓷刀具切削參數優化方法，其特征在于：所述步驟（4）具體為：根據實際切削條件，在商用有限元仿真軟件中設定刀具以及工件的幾何形狀，將刀具以及工件的各項上述參數導入到軟件中，對刀具以及工件進行網格劃分，并設定刀屑接觸條件以及邊界條件。