[发明专利]一种基于解析模型的刀具-切屑温度预测修正方法

说明书

本发明公开的一种基于解析模型的刀具‑切屑温度预测修正方法，属于金属工艺学领域。本发明建立切屑速度Vc、背吃刀量ap、工件热扩散系数aw与热流分配系数B的关系，通过优化热流分配系数B和粘接摩擦区长度lp实现对于预定工况下的切削温度的准确预测；以局部傅里叶数Fo0.06为标准筛选所有总温升T数据，将不符合要求的总温升T数据进行剔除，提高预测的精确度与效率；以切削应变率ε与误差之间的线性关系为基础提出二次修正方法，增加预测结果的准确性；采用解析模型与数值拟合求解相结合的方式，且采用复化梯形积分法代替传统的积分求解，在提升预测准确度基础上，降低求解复杂度，提升预测效率。采用解析的方式预测温升，能够显著提升预测效率。

技术领域

本发明涉及一种基于解析模型的刀具-切屑温度预测修正方法，属于金属工艺学领域。

背景技术

近年来，随着金属加工技术及理论的不断更新与完善以及加工后表面完整性评价体系的建立，切削温度对于切削过程以及最终零件的表面完整性的影响的研究越来越受到重视。但由于影响金属切削温度的因素较多且金属切削过程涉及大应变率塑性变形以及断裂力学行为，其整体物理过程较为复杂，目前还没有可以完全准确预测金属切削过程的稳态温度的数学模型。因此，对现有模型进行修正并尽可能接近于实际试验测试温度是一种比较好的解决办法。由于对切削温度的研究在目前的金属加工领域中占有越来越大的比重，且多种评价指标体系均涉及到切削温度的预测与控制，对切削稳态温度的准确预测有着十分重要的意义。

目前在大多数研究与工程实践中，预测切削温度的方法是基于传统J-C本构模型以及商业有限元软件进行仿真预测。这种方法的缺点在于：除了需要进行材料的常规切削试验外，还需要进行大量的材料动态响应行为试验来对J-C本构参数进行拟合，并且在仿真过程中真正有效的切削仿真时间仅有几十毫秒，远远无法达到切削生热-对流、辐射散热相等的热平衡稳态，且仿真过程需要耗费大量的求解机内存资源以及求解时间。尽管在现阶段采用将三维模型降维至二维模型的方式来解决求解量过大的问题，但其依然要耗费数小时的时间进行仿真求解，且求解结果往往无法达到稳态值而与实际试验结果有较大的误差。

针对于上述问题，以R.Komanduri为代表的一些学者提出了通过使用切削参数、切削力、切削材料热物性参数来构建的以物理关系为基础的数学解析求解模型来解决有限元仿真的不足。这个模型以实际切削过程中的刀具与工件之间的数学几何关系以及物理关系为基础，在基于4条基本假设的情况下对切削稳态的温度进行了建模。但是由于该模型的建立是基于4条基本假设的，所以在实际使用过程中依然存在比较大的误差，这极大限制了该模型的实际应用。

发明内容

针对现有解析模型在使用过程中存在较大误差的问题，本发明的目的是提供一种基于解析模型的刀具-切屑温度预测修正方法，通过优化热流分配系数和粘接摩擦区长度，并考虑进给量、刀具主偏角以及应变率对解析求解结果误差的影响，以线性回归模型为基础实现对于预定工况下的切削温度的准确预测。本发明具有预测精度高、效率高的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种基于解析模型的刀具-切屑温度预测修正方法，将切削预定切削工况参数转换为单位制；基于转换后的切削工况参数，求解剪切角、剪切区长度、刀具-切斜接触长度、剪切速率、切屑运动速度、剪切力、刀具-切屑接触区域摩擦力、切削宽度、倾斜热源的单位发热量、工件热扩散律和经过塑性变形后的切屑厚度；通过分别求解预定切削工况由剪切区和摩擦区所引起的温升预估指定位置的总温升，同时根据预试验结果建立温度预测二次修正函数，将预定切削工况的参数带入至二次修正函数中求得总温升的二次修正值，将二次修正值与预估值相加得到较为准确的指定位置的总温升。本发明具有预测精度高、预测效率高的优点，与传统有限元方法预测切削温度相比所需求解量小，且适用于多种材料。

本发明公开的一种基于解析模型的刀具-切屑温度预测修正方法，包括如下步骤：

步骤1、将切削预定切削工况参数转换为单位制。