[發明專利]一種微銑刀早期破損的預測方法

有效

• 申請號: 201611020917.3
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106650001B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 盧曉紅;張海幸;梁越昇;賈振元;司立坤;王華;王福瑞;任宗金
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明一種微銑刀早期破損的預測方法屬于微切削刀具早期破損預測領域，涉及一種微銑削加工鎳基高溫合金，通過理論建模計算刀具受到應力來預測刀具破損的方法。該方法基于材料力學理論求取微銑刀螺旋刃的分布載荷引起的彎曲應力，根據建立的微銑削力模型，求得微銑刀上微元受到的徑向力，切向力和軸向力。然后把微元力向X、Y及Z方向分解，進而計算刀具彎曲應力。在獲取硬質合金刀具破損的極限彎曲拉應力的基礎上，通過對比基于微銑削力模型推導得到的刀具彎曲應力和微銑刀破損的極限彎曲拉應力，求得微銑刀破損時的切削參數組合。該方法適用性廣，成本低，能準確的預測微銑刀早期破損，為微銑削切削參數選擇提供了依據。

技術領域

本發明屬于微切削刀具早期破損預測領域，涉及一種微銑削加工鎳基高溫合金，通過理論建模計算刀具受到應力來預測刀具破損的方法。

背景技術

微細銑削工藝中，使用的刀具直徑小，通常在50μm～1mm之間，刀具剛度低。與傳統銑削相比，由于尺度效應的存在，導致微銑削加工機理與傳統銑削有很大差異，微銑刀承載情況更加復雜。微銑削是典型的斷續切削加工方法，存在沖擊載荷，在斷續切削加工中,破損幾乎成為刀具早期失效的主要原因，因此對于微銑早期破損預測研究十分必要。細晶粒硬質合金成分均勻一致，具有較好的抗彎強度、沖擊韌性、耐磨性和高溫硬度，易于刃磨出復雜的刃形曲線，是現階段主要的微細立銑刀刀具材料，但硬質合金脆性大，硬質合金刀具材料為粉末燒結而成，內部會有隨機分布的微觀缺陷，因此實際切削加工過程中，微銑刀會發生早期破損。微銑刀早期破損主要是沖擊應力超過微銑刀材料的強度極限造成的。

Tansel等人1998年在International Journal of Machine Tools andManufacture期刊發表的論文《Micro-end-milling-I.Wear and Breakage》中，通過對實驗結果進行分析發現微銑削加工中微銑刀的三種破損形式，認為銑削應力大引起刀具破損這種失效形式在微銑削過程中非常普遍。并通過大量實驗表明，可以根據最大拉應力準則作為判斷材料斷裂的依據。上海交通大學的張文輝2011年在其碩士學位論文《基于有限元法的銑刀切入過程研究及破損預測》中用限元法仿真分析銑刀切入過程的刀具應力，研究切削用量對銑刀切入過程刀具應力的影響，分別輸出各試驗條件下刀具前刀面最大拉應力及刀尖附近區域的最大拉、壓應力，研究刀具最大應力與刀具材料極限應力之間的關系。北京理工大學的何理論2015年在其博士學位論文《微細銑刀的失效分析與設計理論研究》中研究了硬質合金微細刀具失效問題。設計靜態荷載集中力刀尖點加載作用下硬質合金微細刀具因撓曲變形而斷裂失效實驗，分析了單一荷載下的斷口形貌，獲得了微細立銑刀的最大徑向作用力和剛度；然后仿真研究了微細立銑刀的刀刃結構建模與強度分析，研究了微細立銑刀的整體結構設計方法。

發明內容

本發明為彌補現有微銑刀早期破損預測方法的不足，發明一種微銑刀早期破損的預測方法，該方法基于微銑削力模型線性加載求取微銑刀極限應力來預測微銑刀到期破損的方法，拓寬了實驗方法的適用范圍，摒棄了仿真方法的繁瑣性。將傳統仿真求得刀具破損極限，進而指導切削參數選取的方法，改變為無需建立復雜的微銑削過程三維仿真模型，只通過已有的微銑削力模型沿切削刃線性加載獲取刀具的彎曲拉應力，在測量得到微銑刀的限彎曲拉應力的基礎上，獲取以切削參數為坐標軸的微銑刀破損曲線。所提出的微銑刀早期破損預測方法可對微銑刀早期破損進行有效預測，指導切削參數選擇，預防刀具破損。

本發明所采用的技術方案是一種微銑刀早期破損的預測方法，該方法基于材料力學理論求取微銑刀螺旋刃的分布載荷引起的彎曲應力，根據建立的微銑削力模型，求得微銑刀上微元受到的徑向力，切向力和軸向力，然后把微元力向X、Y及Z方向分解，進而計算刀具彎曲應力；在獲取硬質合金刀具破損的極限彎曲拉應力的基礎上，通過對比基于微銑削力模型推導得到的刀具彎曲應力和微銑刀破損的極限彎曲拉應力，求得微銑刀破損時的切削參數組合；預測方法的具體步驟如下：

第一步建立微銑削力模型