[发明专利]等前角圆弧剐齿刀剐削过程热-力耦合建模与分析

权利要求书

1.等前角圆弧剐齿刀剐削过程热-力耦合建模，其特征在于：基于剐削热的生成机制，以剐削过程中的切削速度、切削受力、刀-屑接触特性和切削温度作为参数，将剐削过程转化为斜角切削过程以建立模型的方法。

2.根据权利要求1所述的等前角圆弧剐齿刀剐削过程热-力耦合建模与分析，其特征在于：包括以下步骤；

S1，基于单齿-齿槽为载体，将处于切削状态的刀齿-齿槽等效为斜角切削，并根据参与切削的切削刃建立相应的切削平面、基平面和等效截面；

S2，根据设定的剐齿刀具转速和工件进给速度，并结合曲面共轭剐齿刀设计原理定量表示参与切削的切削刃的切削速度；S3，在等效截面上建立局部坐标系，用以阐述前刀面和剪切面上的受力与速度关系；

S4,基于金属切削理论，根据能量守恒原理，并结合几何关系定量表示刀-屑接触长度；

S5，将步骤4中等效截面划分为剪切变形区、工件、切削和刀具，此时将切削速度转化为矢量坐标，利用三角函数关系将切削速度表达为剪切带速度、剪切滑移速度、等效截面前角和等效截面切角，具体化刀具与工件之间的瞬时齿槽；

S6,将产生的切屑进行受力分析，在忽略刀面发生磨损的情况下，分析切屑的受力来源，①前刀面的压力和摩擦力②工件剪切面的法向压力和剪切力，在稳定切削状态下，切屑受力平衡；

S7，考虑到工件材料在切削加工过程中的热软化对刀具-切屑接触面摩擦系数的影响，构建摩擦角和剪切角，以模拟表达前刀面剐削时的摩擦系数和温度之间的关系；

S8，基于上述步骤构建的参数，表达剪切变形热、刀-屑摩擦热、刀具-工件摩擦热，其中影响切屑温度的热源主要包括剪切变形热源和刀-屑摩擦热源，随后引入工件材料的热扩散系数、剪切变形区的相对滑移、面积系数、刀具材料的热导率、工件材料的热导率、刀具初始温度、切屑的热导率和切屑的热扩散系数以表达模拟工件材料的应变硬化、应变率硬化以及热软化之间的关系；

S9，在剐削过程中代入JC模型作为金属材料的本构模型推导塑性材料流动时的剪切本构模型，以塑性剪切功的热转换系数参数表达刀-屑摩擦引起的温升随后利用泰勒展开以推导以下情况：

A)剪切变形区温度；

B)由刀-屑摩擦引起的温升；

C)刀-屑接触面上任意点处由刀-屑摩擦引起的温升；

D)刀-屑接触面上由刀-屑摩擦引起的平均温升；

E)由刀-屑摩擦引起的切屑上任意点处的温升和平均温升；

F)由刀-屑摩擦引起的刀具前刀面上任意点处的温升和平均温升；

G)将由剪切变形和刀-屑摩擦分别引起的切屑温升与工件初始温度求和，可得切屑上任意点处的温度和平均温度；

H)由刀-屑摩擦引起的刀具温升与刀具初始温度求和，可得刀具前刀面上任意点处的温度和平均温度；

S10，进行剐削过程热-力耦合模型计算参数，借助DEFORM-3D有限元软件进行仿真。

3.根据权利要求2所述的等前角圆弧剐齿刀剐削过程热-力耦合建模与分析，其特征在于：所述S1中切削平面、基平面和等效截面分别以P_s、P_r和P_e表示，t_p表示参与切削的切削刃切向矢量，n_p表示前刀面的法向矢量，l_p表示等效截面与前刀面交线方向上的矢量，l_r表示等效截面与基平面交线方向上的矢量，l_p和l_r之间的夹角即为等效截面前角γ_e，v_x表示参与切削的切削刃上的切削速度，而且v_x垂直于l_r。