[发明专利]一种复合材料切削热分配系数的计算方法

摘要

本发明一种复合材料切削热分配系数的计算方法属于复合材料切削加工技术领域，涉及一种将碳纤维复合材料纤维方向考虑在内的切削热分配系数的计算方法。该方法根据复合材料不同纤维方向、不同工艺参数及刀具几何参数下所产生的已加工表面回弹量，并结合傅里叶传导定律及其传热反问题的求解方法，得到传入刀具的热量，再通过对加工过程消耗总能量的计算，最终获得加工过程刀具和工件之间的热分配系数。本发明推导的公式中，将纤维方向和刀具角度全部考虑在内，得到刀具前角、刀具后角、切深、纤维方向对切削热分配系数的影响关系；在加工不同纤维方向的复合材料过程中，准确计算出刀具与工件的切削热分配系数，使计算出的温度场分布更接近实际。

主权项

一种复合材料切削热分配系数的计算方法，其特征是，该方法根据复合材料不同纤维方向、不同工艺参数及刀具几何参数下所产生的已加工表面回弹量，结合傅里叶热传导定律及其传热反问题的求解方法，得到传入刀具的热量，再通过对加工过程消耗总能量的计算，最终获得加工过程刀具和工件之间的热分配系数；计算方法采用如下步骤：步骤1：利用傅里叶热传导定律推导出切削热分配给刀具部分的比例系数表达式为，λ1=k·A·ΔTL·W---(1)]]>式中，λ1为切削热分配给刀具部分的比例系数，W为切削过程产生的总热量，A为刀具与工件接触面积，k为刀具的热导率，ΔT为刀具测温点与刀刃之间的温度差，L为刀具上测温点与刀刃之间的距离；切削热分配给工件部分的比例系数表达式为，λ2=1-k·A·ΔTL·W---(2)]]>式中，λ2为切削热分配给工件部分的比例系数；步骤2：根据测力仪测量所得的平均水平切削力与设定的切削速度的乘积计算加工过程中单位时间内产生的总热量，表达式为，W＝Ft·V   (3)式中，Ft表示平均水平切削力，V表示切削速度；步骤3：根据不同纤维方向复合材料的已加工表面回弹量不同计算刀具与工件的接触面积，考虑复合材料纤维方向、刀尖圆弧与工件接触的长度、回弹的已加工表面与刀具后刀面的接触长度、刀具前角和刀具后角得到刀具与工件接触面积的表达式：A=[90+α+γ180πRe+1sinα·(3Fy4E*(θ)Re12)23]·lt---(4)]]>式中，θ为纤维方向，定义为从切削方向顺时针旋转到纤维所处位置而经过的角度，E*(θ)为刀具和复合材料的等效法向弹性模量，Fy为平均法向接触力，Re为刀尖圆弧半径，lt为工件厚度，α为刀具后角，γ为刀具前角；步骤4：根据传热反问题求解方法得到刀刃处与测温点处温度差的关系表达式为：ΔT＝1.3Ttest‑Ttest＝0.3Ttest   (5)式中，Ttest为测温点处的温度值；步骤5：将式(3)、式(4)、式(5)带入公式(1)中，得到切削热分配给刀具的比例系数关系式为：λ1=0.3kTtestltL·Ft·V·[90+α+γ180πRe+1sinα·(3Fy4E*(θ)Re12)23]---(6)]]>切削热分配给工件的比例系数关系式为：λ2=1-0.3kTtestltL·Ft·V·[90+α+γ180πRe+1sinα·(3Fy4E*(θ)Re12)23]---(7)]]>完成复合材料切削热分配系数的计算。