[发明专利]一种超声振动辅助加工中材料的断裂韧性的快速识别方法

说明书

本发明公开了一种超声振动辅助加工中材料的断裂韧性的快速识别方法，包括如下步骤：S1，进行超声振动辅助低速切削加工，以形成连续不断裂的切屑，并获得其切削参数和切削力；S2，根据能量守恒定律，计算获得材料的剪切强度τ与新表面形成所需的能量G；S3，进行超声振动辅助快速切削加工，获得其切削参数和切削力，并分析获得单位时间内切屑断裂次数N；S4，通过能量守恒定律，计算获得材料的断裂韧性G_fr。本发明通过分析切削中能量守恒，动量守恒及变形协调关系，以切削实验为基础，提供了一种快速准确识别超声振动辅助加工中的材料的断裂韧性的方法，为分析切削过程中的物理现象及切屑形成机理奠定了基础。

技术领域

本发明涉及机加工领域，特别是涉及一种超声振动辅助加工中材料的断裂韧性的快速识别方法。

背景技术

超声振动辅助加工能够显著降低切削力与切削温度，提高加工中的稳定性，刀具的寿命及加工效率，其广泛用于各类高强度高硬度材料的加工。为了准确评估超声振动辅助加工中的能量分布及物理现象，需要准确获得超声振动辅助切削加工中材料的断裂韧性。但是由于超声振动辅助切削加工较为复杂且影响因素较多，很难准确获得超声振动辅助切削加工中材料的断裂韧性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种超声振动辅助加工中材料的断裂韧性的快速识别方法，能够准确地获得超声振动辅助切削加工中材料的断裂韧性。

根据本发明的第一方面实施例的一种超声振动辅助加工中材料的断裂韧性的快速识别方法，包括如下步骤：S1，进行超声振动辅助低速切削加工，以形成连续不断裂的切屑，并获得其切削参数和切削力；S2，根据能量守恒定律，计算获得材料的剪切强度τ与新表面形成所需的能量G；S3，进行超声振动辅助快速切削加工，获得其切削参数和切削力，并分析获得单位时间内切屑断裂次数N；S4，根据步骤S2获得的参数τ和G，并结合步骤S3获得的参数，通过能量守恒定律，计算获得材料的断裂韧性G_fr。

根据本发明实施例的一种超声振动辅助加工中材料的断裂韧性的快速识别方法，至少具有如下技术效果：通过分析切削中能量守恒，动量守恒及变形协调关系，以切削实验为基础，提供了一种快速准确识别超声振动辅助加工中的材料的断裂韧性的方法，为分析切削过程中的物理现象及切屑形成机理奠定了基础。

根据本发明的一些实施例，步骤S2和S4中，能量守恒关系式均为：η_v＝η_s+η_f+η_n+η_fr；其中η_v为切削输入能量、η_s为剪切区域变形的能量、η_f为刀具与切屑的摩擦能量、η_n为新表面成型需要的能量，η_fr为切屑断裂能量；当低速切削加工不产生断裂的切屑时，η_fr＝0。

根据本发明的一些实施例，其中η_v＝η_v1+η_v2；

η_v1为切削过程中切削力对应的能量，η_v2超声振动能量；

η_v1＝F_cv；

η_v2＝E_ubh；

E_u＝ρc(v₁)²；

其中F_c为切削水平方向的切削力，v为切削速度，E_u为超声能量密度，h为未变形切屑厚度，b为切削宽度，ρ为待加工材料的密度，c为声音在待加工材料的传播速度，v₁为剪切材料的移动速度。