[发明专利]一种稳态切削第一变形区储存能场的计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种稳态切削第一变形区储存能场的计算方法及系统，属于切削加工技术领域，方法包括如下步骤：拟合工件材料的储存能演化模型参数；将第一变形区沿主剪切面的法向离散为一系列微元，当微元足够小时可假设每个微元内的应变、应变率、温度为常数；引入等效切削刃模型，将实际的三维切削简化为二维切削，根据剪切面模型计算各微元的应变和应变率，根据热传导方程分析各微元的温度；利用储存能演化模型和应变率、应变、温度的分布模型推导出储存能对第一变形区位置的微分方程；以第一变形区的始剪切面作为模型边界，依此求解每个微元的储存能对位置的微分方程即可得到各个位置的储存能，即可得到第一变形区的储存能场分布。

技术领域

本发明属于切削加工技术领域，尤其涉及一种稳态切削第一变形区储存能场的计算方法及系统。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

金属切削加工是金属材料成形及机械零件生产的重要工艺之一，其过程为涉及机械—力学—材料多领域的热力耦合复杂过程，包含弹塑性大变形、高温高应变率、剧烈摩擦、材料失效等一系列现象。因此对切削机理进行研究，从而找出切削过程输入(如机床系统、加工参数、刀具参数、工件性能等)与输出(加工表面完整性、零件服役性能等)间的关系非常重要。发明人发现，由于切削过程的复杂性，目前针对切削机理的研究多停留在经验公式、唯象模型阶段，无法在根本上解释加工表面的成形成性机理。而切削过程始终伴随着能量的输入、输出、储存和耗散，无论宏观的变形和结构转化还是微观的位错、晶粒滑移、再结晶、相变都是如此，并且研究表明加工表面的能量储存和耗散对材料的性能和表面完整性具有重要影响。

发明内容

为了克服传统切削机理研究中应力场存在方向性、特征参量多、研究过程复杂的缺点，针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种稳态切削第一变形区储存能场的计算方法及系统，利用第一变形区的储存能分布预测切削力、切削温度和切屑形貌及材料的性质。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的技术方案提供了一种稳态切削第一变形区储存能场的计算方法，包括以下步骤：

拟合工件材料的储存能演化模型参数；

对第一变形区进行微元划分；

将实际的三维切削简化为二维切削，分析得到剪切面模型，计算各微元的应变和应变率，分析各微元的温度；

利用储存能演化模型和应变率、应变、温度的分布模型推导出储存能对位置的微分方程；

以第一变形区的始剪切面作为储存能演化模型边界，依次求解每个微元的储存能对位置的微分方程得到各个位置的储存能，从而得到第一变形区的储存能场分布。

第二方面，本发明的技术方案还提供了一种稳态切削第一变形区储存能场的计算系统，包括：

拟合单元，其被配置为拟合工件材料的储存能演化模型参数；

微元生成单元，其被配置为对第一变形区进行微元划分；

转换单元，其被配置为将实际的三维切削简化为二维切削；

求解模块，其被配置为接收拟合单元、微元生成单元和转换单元输出的数据，根据转换单元输出的数据计算各微元的应变和应变率并分析各微元的温度，根据拟合单元的储存能演化模型推导出储存能对第一变形区位置的微分方程，求解每个由微元生成单元划分的微元的储存能对位置的微分方程并得到第一变形区的储存能场分布。

上述本发明的技术方案的有益效果如下：