[发明专利]一种适用于圆形硬质合金车刀的三维斜角切削热建模方法有效
| 申请号： | 201811479255.5 | 申请日： | 2018-12-05 |
| 公开（公告）号： | CN109657307B | 公开（公告）日： | 2023-05-12 |
| 发明（设计）人： | 庄可佳;翁剑 | 申请（专利权）人： | 武汉理工大学 |
| 主分类号： | G06F30/20 | 分类号： | G06F30/20;G06F17/11;G06F30/17;G06F119/08;G06F119/14 |
| 代理公司： | 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 | 代理人： | 王丹 |
| 地址： | 430070 湖*** | 国省代码： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 适用于 圆形 硬质合金 车刀 三维 斜角 切削 建模 方法 | ||
1.一种适用于圆形硬质合金车刀的三维斜角切削热建模方法，用于对圆形车刀车削工件过程中的切屑和刀具建立温度场模型，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：向待建立的温度场模型输入刀具的加工参数和工件的材料参数；
具体步骤为：
步骤S11：输入所述的刀具的加工参数包括刀具的半径r、前角αn、切削深度ap、切削速度V、每齿进给f；
步骤S12：输入所述的工件的材料参数；
步骤S2：根据步骤S1输入的参数将工件的未变形切削域划分为N个切削刃微元，并计算工件的切削刃微元的几何参数；
具体步骤为：
步骤S21：设未变形切削域的第j个切削刃微元对应的浸入角为j为自然数；根据沿刀具的半径将所述的工件的未变形切削域划分为N个切削刃微元；
步骤S22：沿每齿进给f的方向，计算刀具的切入点到刀具中心的距离la
计算每齿进给f在前刀面的投影fc
fc＝fcos(αn)；
计算未变形切削域起始点的浸入角φst
计算未变形切削域分区点的浸入角φmid
计算未变形切削域终止点的浸入角φex
步骤S23：计算未变形切削域的第j个切削刃微元对应的主偏角
假设未变形切削域的微元之间的相互作用力之和为0，计算未变形切削域的第j个切削刃微元对应的切屑流角计算未变形切削域的第j个切削刃微元对应的未变形切屑的宽度
计算未变形切削域的第j个切削刃微元对应的未变形切屑的厚度
步骤S3：根据步骤S1输入的参数和步骤S2计算得出的参数，依据不等分剪切区原理和Johnson-Cook材料本构方程计算刀具的切削刃微元的剪切应力；
具体步骤为：
步骤S31：通过坐标变换计算刀具的第j个切削刃微元对应的刃倾角和法向前角
步骤S32：通过最小能量法则的方程迭代计算刀具的切削刃的第j个切削刃微元对应的法向剪切角和法向摩擦角切屑流速度切屑厚度和剪切速度
步骤S33：通过不等分剪切区原理和Johnson-Cook材料本构方程计算刀具的第j个切削刃微元对应的剪切应力步骤S4：根据步骤S1输入的参数和步骤S2、步骤S3计算得出的参数，对切削过程中产生的热源分类，将每一类热源均划分为N个微元，计算热源微元的热源强度；
具体步骤为：
步骤S41：将切削过程中的热源分为剪切热源和前刀面摩擦热源；
步骤S42：沿刀具的半径将剪切热源划分为N个微元，设第j个剪切热源微元的长度为宽度为计算第j个剪切热源微元对应的剪切力
步骤S43：沿全局切屑流方向将前刀面热源划分为N个微元，设第j个前刀面热源微元的长度为宽度为分别计算未变形切削域的第j个切削刃微元对应的切削力系数，包括切削速度方向系数Ktc、切削速度径向系数Kfc和切削速度切向系数Krc
分别计算力模型中的三个分量，包括切削速度方向分量切削速度径向分量和切削速度切向分量
计算第j个前刀面摩擦热源微元的摩擦力
步骤S44：计算第j个剪切热源微元的强度
计算第j个前刀面摩擦热源微元的强度
步骤S5：根据步骤S1输入的参数和步骤S2、步骤S3、步骤S4计算得出的参数，利用半无限介质理论，通过改进的三维斜角切削方程计算热源微元造成的温升；具体步骤为：
步骤S51：以前刀面为基准设置直角坐标系XYZ，根据工件材料的热扩散系数awork分别计算中间量u3、u4和u5
根据工件材料的热传导系数λwork计算第j个剪切热源微元造成的切屑温升
步骤S52：分别计算中间量u6、u7和u8
计算第j个前刀面摩擦热源微元造成的切屑温升
步骤S53：设第j个前刀面热源微元的方向角为θj，分别计算中间量R和R′
根据刀具材料的热传导系数λtool计算第j个前刀面摩擦热源微元造成的刀具温升
步骤S6：根据步骤S5计算得出的参数，计算工件的切屑和刀具的整体温升，建立温度场模型。
2.根据权利要求1所述的一种适用于圆形硬质合金车刀的三维斜角切削热建模方法，其特征在于：在所述步骤S6中，根据步骤S5计算得出的参数，计算工件的切屑和刀具的整体温升，建立温度场模型，具体步骤为：
步骤S61：计算切屑的整体温升Tchip
步骤S62：计算刀具的整体温升Ttool
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