[發(fā)明專利]用于碳纖維增強單向?qū)雍习宥S切削溫度的建模方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610111307.8
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105787179A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安慶龍;文亮;明偉偉;陳明;蔡曉江
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

1.一種用于碳纖維增強單向?qū)雍习宥S切削溫度的建模方法，其特征在于，根據(jù)碳纖維 增強單向?qū)雍习宥S切削過程切削熱的產(chǎn)生機理對切削溫度模型進行簡化，僅考慮對切削溫 度影響更大的第三變形區(qū)切削熱的影響，并將摩擦熱源設(shè)定為平面熱源，同時將工件和刀具 的自由表面設(shè)定為絕熱表面，將碳纖維增強單向?qū)雍习宥S切削溫度的建模簡化為移動的平 面熱源的溫度場問題。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于碳纖維增強單向?qū)雍习宥S切削溫度的建模方法，其特征 在于，在第三變形區(qū)摩擦熱的計算中引入基于所述碳纖維增強復(fù)合材料纖維方向角的切深抗 力，獲得基于纖維方向角的碳纖維增強單向?qū)雍习宥S切削溫度模型，使該二維切削溫度模 型能夠預(yù)測當(dāng)纖維方向角變化時碳纖維增強單向?qū)雍习宓亩S切削溫度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于碳纖維增強單向?qū)雍习宥S切削溫度的建模方法，其特征 在于，所述的建模方法包括以下步驟：

第一步，將碳纖維增強單向?qū)雍习宓亩S切削溫度模型進行簡化，僅考慮所述第三變形 區(qū)中刀具后刀面與工件之間摩擦熱源的影響，將摩擦熱源設(shè)定為平面熱源，同時將工件和刀 具的自由表面均設(shè)定為絕熱表面，從而將碳纖維增強單向?qū)雍习宥S切削溫度的建模簡化為 移動的平面熱源的溫度場問題，則工件表面的平均溫升為：

Δθ‾w=0.754R3q3kwawLwVc---(1)]]>

式中，q₃為第三變形區(qū)的熱流密度，R₃為第三變形區(qū)總熱量傳入工件的百分比，R₃q₃為 傳入工件中的熱量，k_w為工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)，a_w＝k_w/ρc_w，為工件材料的熱擴散系數(shù)，c_w為工件材料的比熱容，ρ為工件材料的密度，L_w為工件與刀具接觸的平面熱源長度，V_c為平 面熱源在工件上的移動速度；

第二步，設(shè)定第三變形區(qū)摩擦力所做的功全部轉(zhuǎn)化為切削熱量，則第三變形區(qū)的熱流密 度為：

q3=FfVcLwt---(2)]]>

式中，F(xiàn)_f＝F_pμ，為工件與后刀面之間的摩擦力，F(xiàn)_p為切深抗力，μ為摩擦系數(shù)，t為 切削寬度，L_wt為平面熱源的面積，V_c為平面熱源在工件上的移動速度；

第三步，設(shè)定工件與刀具后刀面接觸時彈性回復(fù)的高度為刀具的刃口鈍圓半徑，則平面 熱源的長度L_w為：

L_w＝r_εcotα(3)

式中，r_ε為刀具的刃口鈍圓半徑，α為刀具后角；

第四步，由式(1)、式(2)和式(3)得到碳纖維增強單向?qū)雍习迩邢骷庸r在第三變 形區(qū)由摩擦引起的工件表面的平均切削溫度為：

θ‾w=0.754R3Fp(θ)μVckwLwtkwLwρcwVc+θ0---(4)]]>

式中，θ₀為工件材料的初始環(huán)境溫度，R₃為第三變形區(qū)總熱量傳入工件的百分比，通過 試驗確定。

4.一種權(quán)利要求1所述用于碳纖維增強單向?qū)雍习宥S切削溫度的建模方法的應(yīng)用，其 特征在于，采用所述建模方法獲得的基于纖維方向角的碳纖維增強單向?qū)雍习宥S切削溫度 模型預(yù)測切削過程中當(dāng)纖維方向角變化時碳纖維增強單向?qū)雍习宓亩S切削溫度，并用于碳 纖維增強材料的切削刀具的設(shè)計和制造、切削工藝路線和參數(shù)的確定以及切削過程中冷卻方 案的確定。