[發明專利]三維銑削殘余應力預測方法

有效

• 申請號: 201710491661.2
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107335848B
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 萬敏;葉翔宇;張衛紅;楊昀;馬穎超
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23C3/00
• 分類號: B23C3/00;B23Q17/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明公開了一種三維銑削殘余應力預測方法，用于解決現有銑削殘余應力預測方法實用性差的技術問題。技術方案是首先將銑削過程劃分為若干個微小的三維斜角切削微元，然后這些微元進行分析。再計算切削力與切削速度的角度關系，接著基于J?C本構模型來計算剪切面的剪切流動應力，從而推出剪切面上的法向應力。接著對刀尖犁切行為進行分析，得到犁切力和犁切區域的長度。再對斜角切削的應力接觸過程進行建模，采用應力張量三維坐標變換的方法將剪切和犁切造成的應力分布進行疊加，得到銑削過程中工件內部的應力?應變歷程。最后用增量彈塑性的辦法來預測工件在三維彈?塑性循環加載情況下的本構行為，得到銑削工件表面的殘余應力，實用性好。

技術領域

本發明涉及一種銑削殘余應力預測方法，特別涉及一種三維銑削殘余應力預測方法。

背景技術

對切削殘余應力進行預測時，常用的辦法有理論建模和有限元仿真兩種。現有的預測切削加工殘余應力的理論建模方法都是基于二維的理論模型，有很強的局限性，不能有效的用于三維的銑削加工過程。而在使用有限元仿真預測殘余應力時，由于銑削的三維結構太過復雜，往往需要對模型進行簡化，這樣得到的結果就必然有所偏差。

文獻1“S.Agrawal,S.S.Joshi,Analytical modelling of residual stressesin orthogonal machining of AISI4340steel,Journal of Manufacturing Processes15(1)(2013)167–179.”公開了一種適用于二維直角切削過程的殘余應力預測模型，該模型首先基于接觸力學建立了工件內部接觸應力的積分計算方法，然后采用彈塑性力學方法建立直角切削過程的殘余應力預測模型，這種方法只能適用于二維直角車削情況，不能用于更為復雜的三維銑削過程。

文獻2“Nejah,Tounsi,Tahany,EI-Wardany,Finite element analysis of chipformation and residual stresses induced by sequential cutting in side millingwith microns to submicron uncut chip thickness and finite cutting edgeradius,Advances in Manufacturing 3(4)(2015)309–322.”公開了一種適用于預測銑削過程殘余應力的有限元建模方法，該方法假設銑刀螺旋角為0°，然后對銑刀的一個截面進行有限元分析，進而建立考慮切屑成形和刀尖圓弧影響的殘余應力計算模型。但這種方法實際上仍然是一種二維的辦法，并沒有考慮螺旋角不為0°時的情況，也沒有考慮銑削三維結構。

以上文獻的典型特點是：在工件切削殘余應力建模時，沒有考慮更為復雜銑削情況，或者建立的考慮銑削的方法模型忽略了由于螺旋角造成的銑刀三維結構。

發明內容

為了克服現有銑削殘余應力預測方法實用性差的不足，本發明提供一種三維銑削殘余應力預測方法。該方法首先將銑削過程劃分為若干個微小的三維斜角切削微元，然后根據三維斜角切削理論對這些微元進行分析。再計算切削力與切削速度的角度關系，接著基于J-C本構模型來計算剪切面的剪切流動應力，從而推出剪切面上的法向應力。接著用滑移線理論來對刀尖犁切行為進行分析，得到犁切力和犁切區域的長度。再對斜角切削的應力接觸過程進行建模，采用應力張量三維坐標變換的方法將剪切和犁切造成的應力分布進行疊加，得到銑削過程中工件內部的應力-應變歷程。最后用增量彈塑性的辦法來預測工件在三維彈-塑性循環加載情況下的本構行為，得到銑削工件表面的殘余應力，實用性好。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種三維銑削殘余應力預測方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、將銑削過程劃分為若干個三維斜角切削微元。

步驟二、采用以下公式計算三維斜角切削過程中，切削力與切削速度的角度關系：