[发明专利]超声振动辅助磨削的材料亚表面裂纹深度预测方法

摘要

本发明涉及一种超声振动辅助磨削的材料亚表面裂纹深度预测方法，首先在平行于振动方向上连接压痕轮廓两端点作为长度a，在垂直于振动方向上连接压痕轮廓两端点作为宽度b，计算长宽比系数μ=a/b；然后根据长宽比系数对压痕区域内垂直于振动方向的压痕宽度d进行采样测量；进而根据压痕宽度d计算等效特征半径r，并测量压痕区域的侧向裂纹l_c，然后计算等效断裂韧性K_IC；最后根据亚表面裂纹深度与表面粗糙度、表面粗糙度与进给量、进给量与垂直载荷之间的关系，利用等效断裂韧性预测亚表面裂纹深度。该方法可以对超声振动磨削过程中材料亚表面裂纹深度进行预测，推动超声振动辅助磨削加工技术的去除机理研究。

主权项

1.一种超声振动辅助磨削的材料亚表面裂纹深度预测方法，其特征在于，其步骤为：步骤一：计算压痕轮廓的长宽比系数μ对于一个单颗磨粒超声振动压痕轮廓，在平行于超声振动方向上连接压痕轮廓最远两端点，定义为轮廓长度a；在垂直于振动方向上连接压痕轮廓最远两端点，定义为轮廓宽度b；计算长宽比系数μ＝a/b，并对计算所得长宽比系数四舍五入取整；步骤二：在压痕区域内按长宽比系数对压痕宽度d进行采点并测量在压痕区域垂直于超声振动方向，等距离取n＝μ+4条压痕宽度d，测量每条压痕宽度d的长度；步骤三：等效特征半径r的计算和侧向裂纹l_c的测量对压痕区域内所有的压痕宽度d求和，其平均值的一半即为等效特征半径r：式中，i为常数1到n，n为所取压痕宽度d数量，使用光学相机以1000倍放大倍数拍摄压痕轮廓照片，测得压痕变形区域的侧向裂纹值l_c；步骤四：计算等效断裂韧性K_IC由公式(2)计算等效断裂韧性K_IC式中：K_IC为材料的等效断裂韧性，E为材料的杨氏弹性模量，H_V为材料的维氏硬度值，P为所施加的垂直载荷；步骤五：通过等效断裂韧性预测亚表面裂纹深度亚表面裂纹深度SSD与表面粗糙度SR的关系为：式中：a为指数，其值为4/3，β为压头的半顶锥角，同样取标准维氏压头顶锥角的一半为68°,m为无量纲常数，其值为1/2，表面粗糙度SR与进给量a_p的关系为：SR＝Cv_s^kf^ma_pⁿ               (4)式中：C为常数，其值为9.7×1011，V_S为砂轮转速，f为进给速度，k为常数，进给量a_p与垂直载荷P的关系为：P＝Aa_pⁿ                     (5)式中：A为常数，其值为1；将公式(2)、(4)、(5)代入到公式(3)，在砂轮转速V_S和进给速度f一定的条件下，可得到等效断裂韧性K_IC与亚表面裂纹深度SSD的关系为：