[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

技術領域

本發明屬于機械制造技術領域，尤其涉及一種斷續切削條件下陶瓷刀具切削參數優化方法。?

背景技術

切削加工技術已被廣泛應用于機械制造業中的金屬成型。斷續切削加工技術如斷續車削以及平面銑削是切削加工技術的一個重要分支。陶瓷刀具具有硬度高、耐磨、高溫力學能優良等特點，其已被廣泛應用于斷續切削加工技術之中。由于陶瓷材料的脆性，在斷續切削條件下，較高的切削溫度以及較強的熱、機械沖擊使得刀具容易發生斷裂乃至破損失效，并對加工表面質量產生不良作用。因此，為提高現有陶瓷刀具壽命、降低生產成本、提高加工效率，對斷續切削條件下陶瓷刀具進行切削參數優化極為重要。?

中國文獻“哈爾濱理工大學學報”(2011，16(1)：9~12)在角正交切削實驗的基礎上，利用等效率—等壽命響應曲面法進行了陶瓷刀具的切削參數優化。中國文獻“合肥工業大學學報”(2001，24(4)：498~502)針對切削實驗數據，通過一元線性回歸給出了金屬陶瓷耐用度廣義Taylor公式，在此基礎上提出了切削參數的選用原則。中國文獻“組合機床與自動化加工技術”(2009，(4)：30~35)以切削實驗數據為基礎，綜合運用田口法、主成分分析方法和表面響應法，對金屬陶瓷刀具加工淬硬鋼薄壁件條件下的切削參數進行了優化。中國發明專利（申請號為201310343426.2）公開了一種能夠提高刀具切削壽命的方法，該方法進行多次切削實驗作業，將實時分形維數與原始分形維數相對比，然后相應改變切削刀具下次工作時所采用的切削參數，以提高刀具壽命。中國發明專利（申請號：201210368239.5）公開了一種用仿真技術優選陶瓷刀具切削參數的方法，該方法利用有限元軟件，先后使用瞬態和穩態模擬得到陶瓷刀具的溫度場和應力場，并對其進行分析，確定最優切削參數。?

在斷續切削條件下，陶瓷刀具的斷裂和破損是一個在多空間尺度內發生的過程：在切削過程中的熱—力耦合強場作用下，刀具材料微觀裂紋擴張導致損傷累積，刀具切削區域損傷累積到臨界值時，發生宏觀的斷裂和破損。陶瓷刀具是否會發生斷裂破壞，不只取決于外界載荷，同時還取決于刀具材料內部的微觀破壞狀態。而綜上可知，已有的陶瓷刀具切削參數優化方法采用的方式為：通過大量切削實驗進行經驗擬合或對刀具外部載荷進行有限元仿真分析。已有方法未對陶瓷刀具材料內部的微觀破壞狀態進行考慮，難以確保高的切削參數優化精度。?

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，從陶瓷刀具斷裂失效的物理本質出發，同時考慮刀具微觀破壞狀態以及刀具外部載荷這兩者對陶瓷刀具失效的影響，并且同時結合正交試驗設計方法，提供一種斷續切削條件下陶瓷刀具切削參數優化方法，以得到可獲取最高刀具壽命的切削參數組合。?

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種斷續切削條件下陶瓷刀具切削參數優化方法，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。

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。?

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：?

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