[發(fā)明專利]一種負前角切削力和溫度場分布預(yù)測方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010697274.6
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111859753A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李西興;趙大興;李靖;張楚鵬;吳銳
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 崔玥

本發(fā)明公開了一種負前角切削力和溫度場分布預(yù)測方法及系統(tǒng)。本發(fā)明基于材料塑性滑移特點，構(gòu)造考慮死區(qū)形態(tài)和預(yù)剪區(qū)以及主變形區(qū)厚度的修正滑移線場模型，并引入無量綱量切削力比和切屑厚度比，建立滑移線場幾何迭代求解方法，從而獲得更加符合準(zhǔn)確可靠的切削幾何。本發(fā)明分別求解了主變形區(qū)熱源、第二變形區(qū)熱源和死區(qū)熱源強度，然后代入建立的鏡像熱源模型，實現(xiàn)刀具?工件?切屑溫度場預(yù)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬高效高精切削加工領(lǐng)域，特別是涉及一種負前角切削力和溫度場分布預(yù)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

眾多切削加工過程表明，相較于正前角切削，負前角切削設(shè)計能夠大幅降低刀具切入時所受沖擊載荷，而且能夠獲取更優(yōu)的零件表面質(zhì)量。經(jīng)研究，這些優(yōu)勢很大程度上得益于負前角切削時的材料滯區(qū)，即死區(qū)的形成，其在保護刀尖的同時，將部分材料擠壓進入工件已加工表面，提高了零件表面硬度并改善應(yīng)力分布情況。然而，目前業(yè)界研究重點依然是正前角切削過程，而對負前角切削過程及其關(guān)鍵的材料滯留現(xiàn)象的研究非常有限，同時負前角切削過程切削力和溫度場預(yù)測仍然是本領(lǐng)域的難點。

目前，已經(jīng)有學(xué)者材料滑移線方法對刀具刃前材料滯留現(xiàn)象做了相關(guān)研究，例如WaldorfD.J.等人(“A slip-line field for ploughing during orthogonal cutting,JManuf Sci Eng-Trans ASME,120(1998)693-699.)針對磨削過程刀具鈍圓刃口作用下的犁耕效應(yīng)和剪切效應(yīng)建立了新的滑移線場模型，該模型揭示了鈍圓刃口處材料滯留和分離現(xiàn)象，但只適用于正前角或零前角切削過程。而對于負前角切削過程，F(xiàn)ang(“Tool-chipfriction in machining with a large negative rake angle tool,Wear,258(2005)890-897.)提供了一種用于死區(qū)形態(tài)預(yù)測的滑移線場模型，并據(jù)此給出了一種滑移線場幾何迭代求解方法，然而在該模型中，死區(qū)底邊被簡化為與零件已加工表面平行，主變形區(qū)也用單一平面代替，同時該研究中所預(yù)測的死區(qū)幾何并未經(jīng)過有效手段驗證。因而對于負前角切削機理，仍亟需一種更加全面和可靠的模型。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種負前角切削力和溫度場分布預(yù)測方法及系統(tǒng)，用以高效、精確地預(yù)測負前角切削力結(jié)果和溫度場分布。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種負前角切削力和溫度場分布預(yù)測方法，包括：

分別獲取兩組變切厚和變前角正交實驗下的實驗切削力、實驗切深抗力、切屑厚度值、切削速度、刀具熱導(dǎo)率、工件熱導(dǎo)率、刀具熱擴散系數(shù)以及工件熱擴散系數(shù)；

根據(jù)所述實驗切削力和所述實驗切深抗力，確定實驗切屑力比；

根據(jù)所述切削厚度值，確定實驗切削厚度比；

獲取初始死區(qū)角、初始摩擦因數(shù)角以及初始剪切角；

基于剛塑性變形理論修正滑移線場模型；

基于所述初始死區(qū)角、所述初始摩擦因數(shù)角以及所述初始剪切角，根據(jù)修正后的滑移線場模型預(yù)測切屑力比和切削厚度比；

根據(jù)預(yù)測切屑力比、所述實驗切屑力比、預(yù)測切削厚度比以及所述實驗切削厚度比，計算誤差值；

獲取所述誤差值最小時的死區(qū)角、摩擦因數(shù)角以及剪切角；

根據(jù)所述死區(qū)角、所述摩擦因數(shù)角以及所述剪切角，計算滑移線場幾何結(jié)果、切削力以及切深抗力；

根據(jù)所述滑移線場幾何結(jié)果、所述切削速度、所述刀具熱導(dǎo)率、所述工件熱導(dǎo)率、所述刀具熱擴散系數(shù)以及所述工件熱擴散系數(shù)，計算溫度場。

可選的，所述基于所述初始死區(qū)角、所述初始摩擦因數(shù)角以及所述初始剪切角，根據(jù)修正后的滑移線場模型預(yù)測切屑力比和切削厚度比，具體包括：