[发明专利]车削SiC颗粒增强铝基复合材料切削力预测方法

权利要求书

1.车削SiC颗粒增强铝基复合材料切削力预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、第I变形区AB受力分析：

S11、根据几何关系可得

式中，F_τ为剪切面AB的剪切力，F_c为作用于剪切面的正压力，F_n为作用于前刀面的正压力，F_f为前刀面与切屑铝基体的滑动摩擦力，τ_s为零件材料的剪应力，γ₀为刀具前角，β为前刀面和切屑铝基体底部的摩擦角，为剪切角，b为切削深度，d为工件每转一周沿进给方向的切屑宽度，即剪切层宽度，r_z为切削刃钝圆半径；

S12、通过以下公式计算剪切角

S13、根据材料力学平面应力状态理论，主应力F_τS方向与最大剪应力F_τ方向的夹角为π/4，通过以下公式计算摩擦角β：

S14、将切削力沿着坐标轴进行分解，可得

式中，τ_s为零件材料的剪应力；γ₀为刀具前角；b为切削深度；r_z为切削刃钝圆半径，剪切层宽度d大小等于进给量f*1＝f；

S15、将所得的在XOY坐标平面进一步分解，可得

S16、取切削深度b远大于刀尖圆弧半径r_ε，按下式计算主偏角k_rε：

由此可知，来自第一变形区，切削力的三个分量如下式所示

S2、第II变形区BD受力分析：

S21、通过下式计算滚动摩擦力

F_g＝K_gF_ni；

式中，F_n可通过公式计算，K_g为滚动摩擦系数，i为参与滚动摩擦的SiC颗粒物的数量；

S22、将F_g根据坐标轴进行分解，可知：

式中，F_n可通过公式计算，K_g为滚动摩擦系数，i为参与滚动摩擦的SiC颗粒物的数量；

S23、将所得的在XOY坐标平面中进一步分解，可知：

其中，

S3、第III变形区BC的受力分析：

S31、将第III变形区BC的受力简化为一个犁耕面的受力，可得：

S2、将所得的在XOY坐标平面进一步分解，可得：

其中，

可得，车削外圆柱面的三个切削力分量，分别为：

2.根据权利要求1所述的车削SiC颗粒增强铝基复合材料切削力预测方法，其特征在于，步骤S21中的i通过下式计算；

i＝T_Aω₁；

式中，ω₁表示经剪切变形后，分布在第II变形区参与滚动摩擦的SiC颗粒的比例，T_A表示剪切层AB所包含的SiC颗粒数。

3.根据权利要求2所述的车削SiC颗粒增强铝基复合材料切削力预测方法，其特征在于，剪切层AB所包含的SiC颗粒数T_A分为3部分；

1)从剪切层拔出分布在第II变形区，比例为ω₁；

2)经刀具挤压后，经犁耕区分布在第III变形区，比例为ω₂；

3)经刀具挤压拔出后，散落在非变形区，比例为ω₃；

因此有ω₁₊ω₂₊ω₃＝1。