[發明專利]一種超精密切削溫度預測方法及系統

有效

• 申請號: 201910178467.8
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN109732407B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 王素娟;王海龍;陳新;夏森彬
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 11569 北京高沃律師事務所
• 代理人: 杜陽陽

本發明公開了一種超精密切削溫度預測方法及系統。本發明的預測方法首先分別建立了LSW模型和加工材料的強化相大小與切削參數、切削時間的關系圖，然后根據所述LSW模型和所述關系圖，預測所述加工材料在預設切削參數下的超精密切削溫度，實現超精密切削溫度的預測，解決了超精密切削過程中，微米級材料去除造成實際切削時間短、切削溫度難以直接測量的難題。

技術領域

本發明涉及切削熱測量領域，特別涉及一種超精密切削溫度預測方法及系統。

背景技術

現有的切削熱測量方法普遍采用傳感器技術來實現切削溫度的測量，包括刀具-工件熱電偶、嵌入式熱電偶和紅外測溫儀等等。紅外測溫儀只適用于傳統的加工，因為傳統加工過程中，切削量大且切削連續，生成的切屑都是連續的，刀具-工件接觸并去除材料的時間(即實際切削時間)較長，其切削所引起的溫度上升也較高。而在超精密加工過程中，切削量小(切削深度和進給量都在微米級別)，切屑生成過程是斷續的，實際切削時間較短。因此，紅外測溫儀的測量精度和范圍并不適用于超精密加工領域

另一方面，刀具-工件熱電偶和嵌入式熱電偶測溫方法是將其埋在工件內部(被加工面的下面)或者刀尖位置。在連續切削的傳統加工中，大部分的熱量(約80％)是由刀屑傳遞。超精密加工中，切屑熱傳質的降低和工件次表面塑性變形使得超精密加工中熱量的傳播比例完全不同，其最高溫度位于剪切面。同時，一些研究也表明，金剛石刀具的前角和刀尖形狀對加工中的熱效應有很大的影響。如圖1所示，切削過程中工件溫度的上升是由于第II和第III變形區產生的熱量，而這兩個變形區主要產生機械和熱載荷傳導熱量到已加工表面。即，超精密加工過程中主要的熱量傳導在被加工表面上，且刀尖為金剛石(硬度極高)，因此，熱電偶測溫方法無法用于超精密金剛石切削加工過程溫度測量。

如何實現超精密切削溫度的測量成為一個亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種超精密切削溫度預測方法及系統，以實現超精密切削溫度的預測。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種超精密切削溫度預測方法，所述預測方法包括如下步驟：

建立加工材料的LSW(Lifshitz-Slyozov-Wagner)模型，所述LSW模型表示強化相大小與加熱溫度、加熱時間的關系；

建立超精密切削時間預測模型；

根據所述超精密切削時間預測模型，建立加工材料的強化相大小與切削參數、切削時間的關系圖；

根據所述LSW模型、所述超精密切削時間預測模型和所述關系圖，預測所述加工材料在預設切削參數下的超精密切削溫度。

可選的，所述建立加工材料的LSW模型，具體包括：

對所述加工材料進行熱處理，并在不同加熱溫度及不同加熱時間下，采用掃描電鏡和能譜儀獲取強化相大小，建立加熱溫度、加熱時間和強化相大小的對照表；

根據所述加熱溫度、加熱時間和強化相大小的對照表，建立并求解LSW模型。

可選的，所述根據所述加熱溫度、加熱時間和強化相大小的對照表建立并求解LSW模型，具體包括：

建立待求解LSW模型：

其中，R為強化相半徑，R₀為強化相初始半徑，C為第一常數，K為加熱時間系數，T為加熱溫度，t為加熱時間，γ為強化相的界面能，V_at為原子的平均體積，C_eq為強化相的均質濃度，D為強化相的擴散系數，D＝D₀exp(-Q/k_B/T)，Q為激勵能量，k_B為第二常數，D₀為強化相的初始擴散系數；