[發(fā)明專利]一種用于切削加工中切屑形成的極限剪切應力確定方法

有效

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• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111651867B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設計）人: 項俊鋒;李晨;易萬軍;劉道新;張曉化;林鈺;劉濤
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 西安匯智創(chuàng)想知識產權代理有限公司 61247
• 代理人: 張亞玲

1.一種用于切削加工中切屑形成的極限剪切應力確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、根據切屑剪切應力定義刀具-切屑接觸界面的作用區(qū)域；

在切削加工區(qū)域中，近刀尖位置為粘著區(qū)，其剪切應力τ_f等于材料的屈服剪切應力τ_crit，而在遠離刀尖的滑動區(qū)，摩擦應力低于屈服剪切應力，根據方程（1）確定刀具和切屑間的不同接觸區(qū)域

(1)

其中，是摩擦系數，是正壓力，是流動應力，m是剪切系數；

步驟二、通過von Mises準則計算切屑中屈服剪切應力的上邊界；

通過von Mises準則計算屈服剪切應力的上邊界

(2)

其中，、、是材料主應力，、分別為材料在拉壓、剪切模式下的屈服應力；

步驟三、根據赫茲接觸理論建立刀具-切屑接觸簡化模型；

步驟四、根據接觸力學理論，在法向載荷作用下，計算無摩擦作用的切屑應力分布；

根據接觸力學理論，在法向載荷P_c作用下，無摩擦作用時切屑中應力分布可根據公式(3)計算

(3)

其中，、、分別是x、y、z方向的流動應力，是剪切應應力，x、y、z為幾何坐標，為接觸表面狀態(tài)相關的物理系數，、為中間變量，是泊松比，下標p是由正壓力引起的應力分量；

在平面應變狀態(tài)下，切屑接觸區(qū)的主應力可根據公式(4)表示為

(4)

步驟五、根據赫茲接觸理論，在切向載荷作用下，計算在摩擦條件下的切屑應力分布；

在摩擦條件下，切向力Q_c作用的切屑中的應力場分布可根據公式(5)表示為

(5)

其中，q₀為切向摩擦力，q₀ = μp₀，下標p和q分別表示由正壓力和切向摩擦力引起的應力分量；

根據赫茲理論假設，切向摩擦力對正應力不產生影響，則在有摩擦存在情況下，在XZ平面內的應力場分布可表示為

(6)

步驟六、對于最大應力不位于刀具-切屑接觸表面處的摩擦狀態(tài)，定義極限剪切應力。

2.根據權利要求1所述的一種用于切削加工中切屑形成的極限剪切應力確定方法，其特征在于：步驟二中剪切應力的具體實現方法為：

步驟2.1：通過常溫下霍普金森壓桿試驗，結合回歸分析方法確定本構模型中的屈服應力、應變硬化指數、應變硬化系數；

步驟2.2：通過常溫下不同高應變率下霍普金森扭桿試驗下，結合回歸分析方法確定本構模型中的應變率敏感性系數；

步驟2.3：通過不同溫度下不同應變率下，通過加權的最小化擬合得到本構模型中的熱軟化系數。

3.根據權利要求2所述的一種用于切削加工中切屑形成的極限剪切應力確定方法，其特征在于，步驟2.3的具體實現方法為：

步驟2.3.1：在步驟2.2不同高應變率的基礎上，依據材料熔點N等分溫度，采用交叉置換方式，確定不同應變率下的試驗溫度，然后進行霍普金森扭桿試驗；

步驟2.3.2：對高應變率試驗數據進行濾波，對每個試驗工況的數據點N_i進行統(tǒng)計，然后對每組工況曲線除以N_i²最小化，對多個局部最小值進行比較，以確定本構模型中的熱軟化系數。

4.根據權利要求1所述的一種用于切削加工中切屑形成的極限剪切應力確定方法，其特征在于，步驟三的具體實現方法為：

步驟3.1：建立切屑與刀具的相對運動模型，工件固定，刀具以切削速度V_c從右向左進行切削運動；

步驟3.2：根據赫茲接觸理論，建立切屑與刀具的接觸力學模型。

5.根據權利要求4所述的一種用于切削加工中切屑形成的極限剪切應力確定方法，其特征在于，步驟3.1的具體體現方法為：

步驟3.1.1：選取刀具-切屑接觸界面的一微元進行研究，其切屑流動速度為V_chip，單位長度的法向力為P_c；

步驟3.1.2：對刀具-切屑接觸模型進行簡化，接觸模型包含一個平面滑塊，該平面滑塊沿著一個曲面輪廓以恒定的切屑流動速度V_chip從左到右運動。