[發(fā)明專利]適用于縱扭超聲銑削的有限元仿真建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811530530.1
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN110032748B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 牛贏;趙波;焦鋒;童景琳;馬俊金;牛晶晶
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23
• 代理公司: 鄭州金成知識產權事務所(普通合伙) 41121
• 代理人: 郭增欣

1.一種適用于縱扭超聲銑削的有限元仿真建模方法，包括以下步驟：

(1)設定銑刀幾何參數(shù)、工件材料參數(shù)、銑刀材料參數(shù)、加工工藝參數(shù)以及超聲振動參數(shù)；所述銑刀幾何參數(shù)包括刀具前角r₀、刀具后角a₀、銑刀直徑D、刀具螺旋角b、切削刃半徑r_e、銑刀齒數(shù)N；

所述工件材料參數(shù)包括材料密度、彈性模量、泊松比、熱導率、比熱容、非彈性熱分數(shù)、膨脹系數(shù)、準靜態(tài)下的屈服強度A，硬化模量B，應變率敏感系數(shù)C，溫度敏感系數(shù)m，應變硬化指數(shù)n，材料的單元失效準則參數(shù)D1、D2、D3、D4和D5；

所述銑刀材料參數(shù)包括材料密度、彈性模量刀、泊松比、熱導率、比熱容；所述加工工藝參數(shù)包括每齒進給量f_z、切削寬度a_e、進給速度v_f、主軸轉速n；

所述超聲振動參數(shù)包括縱向和扭轉超聲振動頻率f₁和f₂、縱向和扭轉超聲振動幅度A₁和A₂、縱向和扭轉超聲相位差j；

(2)銑削模型等效轉換：

利用所述步驟(1)中的銑刀幾何參數(shù)和加工工藝參數(shù)，按照銑削模型轉換幾何關系，計算得到h_max、l其中

(3)建立刀具、工件及裝配三維模型：

利用所述步驟(1)中的銑刀幾何參數(shù)和加工工藝參數(shù)，結合所述步驟(2)中的h_max和l，按照刀具和工件幾何模型對刀具、工件劃分網(wǎng)格，刀具-工件裝配的相對位置構成縱扭超聲銑削等效模型；

(4)在工件下方增加與工件尺寸相匹配的工件基體，施加剛體約束，建立參考點，作為切削力輸出的質點；

(5)根據(jù)所述步驟(1)中的刀具材料參數(shù)和工件材料參數(shù)，分別賦予所述步驟(3)建立的刀具和工件模型材料屬性；賦予所述步驟(4)建立的工件基體工件材料屬性；

(6)賦予刀具縱扭超聲振動:

利用所述步驟(1)中的超聲振動參數(shù)和所述步驟(3)建立的刀具-工件裝配模型，在刀具參考點RP位置同時施加縱向和扭轉方向上的周期性位移邊界條件，實現(xiàn)刀具縱扭超聲振動，其中扭轉超聲振幅A₂和銑刀等效半徑R_t'滿足弧長計算公式,即A₂＝α×R_t'/180；α為一個扭轉超聲振動周期內刀具切削刃所經(jīng)歷圓心角的弧度數(shù)；

(7)賦予刀具切削運動：

根據(jù)所述步驟(1)中的加工工藝參數(shù)，賦予刀具切削運動；

(8)提交計算及后處理：

根據(jù)所述步驟(1)-(7)所建立的模型，提交計算，輸出切削刃運動軌跡、切削力、切削溫度等計算結果。