[發(fā)明專利]一種用于超低溫冷卻加工的切削區(qū)域溫度場預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911037053.X
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110807227B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王永青;劉佳欣;劉闊;劉召歡;戴明華;韓靈生
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發(fā)明提供了一種用于超低溫冷卻加工的切削區(qū)域溫度場預(yù)測方法，屬于低溫加工技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先根據(jù)加工參數(shù)、材料性能參數(shù)及液氮噴射參數(shù)，計算超低溫加工中的切削參數(shù)，并確定切削熱源及熱損失源的熱流密度；然后根據(jù)刀具?切屑界面處刀具端與切屑端具有相同的溫度曲線，對摩擦熱源及前刀面熱損失源的熱流密度進行重新分配，得到熱分配比函數(shù)；最后計算得到切屑、工件、刀具在刀尖區(qū)域附近的溫度分布。該方法的最大優(yōu)點為：避免了繁瑣的實驗和迭代算法帶來的計算誤差，能夠根據(jù)實際的加工參數(shù)精確預(yù)測超低溫加工中溫度場的分布情況；考慮了前后刀面同時施加超低溫冷卻介質(zhì)的情況，更適合超低溫冷卻加工的實際應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低溫加工技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于超低溫冷卻加工的切削區(qū)域溫度場預(yù)測的方法。

背景技術(shù)

鈦合金、高溫合金等難加工金屬材料具有熱導(dǎo)率低、摩擦系數(shù)大等特性，其切削過程會產(chǎn)生大量切削熱，導(dǎo)致了刀具前刀面的局部高溫，加劇了刀具的磨損進程，并造成黏附、溶解、擴散等加工缺陷。為提高刀具壽命，改善材料切削性能，超低溫冷卻加工方法被廣泛采用和研究，其原理是將低溫介質(zhì)直接噴射到加工區(qū)域，快速降低切削區(qū)溫度，進而實現(xiàn)難切削材料的高質(zhì)高效加工。

切削溫度是切削加工中的重要參數(shù)，它與刀具的磨損情況、切削力、加工表面及亞表面質(zhì)量等息息相關(guān)。在對其進行預(yù)測分析時多先確定基本剪切熱源和前刀面摩擦熱源的熱流密度，再利用R.Komanduri和Z.B.Hou提出的鏡像移動熱源法確定兩種剪切熱源分別在刀具、切屑和工件處引起的的溫度變化。2005年，Huang等在《Machining science andtechnology》第9卷發(fā)表文章《Cutting temperature modeling based on non-uniformheat intensity and partition ratio》，根據(jù)刀-屑接觸界面粘滯區(qū)和滑動區(qū)的假設(shè)，提出了摩擦熱源熱流密度的不均勻分布。2006年，Karpat Y等在《Journal of manufacturingscience and engineering》第128卷發(fā)表文章《Predictive analytical and thermalmodeling of orthogonal cutting process》，基于Oxley滑移線場理論和移動熱源法，分別為鋒利與磨損情況下切削區(qū)域的溫度場分布情況進行了預(yù)測。2013年，Li L等在《International Journal of Machine Tools and Manufacture》第70卷發(fā)表文章《Athermo-mechanical model of dry orthogonal cutting and its experimentalvalidation through embedded micro-scale thin film thermocouple arrays in PCBNtooling》，引入Oxley和Waldorf解析模型，并對前刀面處切屑的非線性流動速度進行了模型化描述。2014年，焦黎等在專利“一種用于端銑切削的切削力預(yù)測及溫度預(yù)測的方法”申請?zhí)枺?01410508868.2，提供了一種銑削力預(yù)測模型及銑削溫度場預(yù)測模型。2018年，朱大虎等在專利“一種考慮后刀面磨損的涂層刀具穩(wěn)態(tài)溫度場預(yù)測方法”申請?zhí)枺?01810065879.6，提供了一種涂層刀具磨損狀態(tài)下的刀具溫度精確預(yù)測模型。2019年，莊可佳等在專利“一種基于鏡像熱源和非均勻熱分配的三維熱建模方法”申請?zhí)枺?01910016580.6，提供了一種圓形車刀加工難加工金屬材料時的三維熱建模方法。

以上方法能夠較為合理地預(yù)測干切削或準(zhǔn)干切削條件下切削區(qū)域的溫度場情況，卻無法準(zhǔn)確反映超低溫冷卻加工中液氮冷源的引入對切削區(qū)域邊界及切削參數(shù)的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于超低溫冷卻加工的切削區(qū)域溫度場預(yù)測方法。該方法修正了液氮的引入對切削區(qū)域邊界條件的影響，考慮了低溫條件下切削參數(shù)及切削熱源熱流密度的變化，為刀具磨損情況建模及液氮最佳施加量的控制提供了研究基礎(chǔ)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：