铝合金材料端铣切削力及切削加工变形模型的构建方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机加工领域，尤其涉及一种铝合金材料端铣切削力及切削加工变形模 型的构建方法。
技术介绍
目前国内外关于铸铝合金材料铸造工艺方法的研究已较为成熟，但对不同铸铝合 金材料的力学特性的研究仍仅限于静态力学特性研究，针对切削加工中高温、高应变、高应 变率条件下的铸铝合金材料动态力学特性研究尚未开展，因此研究铸铝合金材料在高速切 削条件下表现处来的动态力学性能，对研究加工变形机理具有重要的研究意义。 根据铸铝合金材料特点，铸铝合金复杂箱体零件的主要加工方法为端铣切削，当 进行大尺寸平面加工时，受端铣刀具直径的影响，虽然加工时未选用较高的主轴转速，选用 大直径端铣刀具在切削过程中仍能达到较高的切削速度（>l〇〇〇m/min)，因此不适合用传统 的切削理论开展分析，需要建立适合高速端铣切削的研究方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铝合金材料端铣切削力及切削加工变形模型的构建 方法，旨在对铸铝合金材料在高速切削条件下表现出的高温、高应变、高应变率的动态力学 性能进行研究。 本专利技术是这样实现的，一种铝合金材料端铣切削力模型的构建方法的具体步骤如 下： 步骤一、建立基于平均切削力的铣削力预测模型，根据瞬时未变形切屑层厚度与 瞬态铣削力的解析关系，建立铣削力求解关键因素一切削力系数关于每齿进给量、轴向切 深、切削速度及单边切削宽度四个切削参数的二次多项式模型，其中单边铣削宽度表示了 端铣切削过程中由于走刀轨迹不同所引起的切入切出角变化，通过开展四因素四水平端铣 切削力测量试验，运用最小二乘...
【技术保护点】
一种铝合金材料端铣切削力及切削加工变形模型的构建方法，其特征在于，所述的铝合金材料端铣切削力及切削加工变形模型的构建方法包括：步骤一、建立基于平均切削力的铣削力预测模型，根据瞬时未变形切屑层厚度与瞬态铣削力的解析关系，建立铣削力求解关键因素—切削力系数关于每齿进给量、轴向切深、切削速度及单边切削宽度四个切削参数的二次多项式模型，其中单边铣削宽度表示了端铣切削过程中由于走刀轨迹不同所引起的切入切出角变化，通过开展四因素四水平端铣切削力测量试验，运用最小二乘法对切削力系数模型中系数进行回归，获得切削参数对切削力系数的影响，建立基于平均切削力的铣削力预测模型；步骤二、建立基于斜角切削机理的铣削力预测模型，针对斜角切削中切削力与切削参数的关系开展解析计算，基于铸铝合金Johnson‑Cook材料本构模型，运用有限元仿真方法对剪切角切削基本量进行预测求解，计算得到铣削力预测模型中的切削力系数，建立基于斜角切削机理的铣削力预测模型；步骤三、基于所建立的基于平均切削力的铣削力预测模型和基于斜角切削机理的铣削力预测模型，分别开展单、多齿瞬态铣削力预测并与试验数据进行对比，结合模型建立过程进行切削力误差...
【技术特征摘要】
1. 一种铝合金材料端铣切削力及切削加工变形模型的构建方法，其特征在于，所述的 铝合金材料端铣切削力及切削加工变形模型的构建方法包括： 步骤一、建立基于平均切削力的铣削力预测模型，根据瞬时未变形切屑层厚度与瞬态 铣削力的解析关系，建立铣削力求解关键因素一切削力系数关于每齿进给量、轴向切深、切 削速度及单边切削宽度四个切削参数的二次多项式模型，其中单边铣削宽度表示了端铣切 削过程中由于走刀轨迹不同所引起的切入切出角变化，通过开展四因素四水平端铣切削力 测量试验，运用最小二乘法对切削力系数模型中系数进行回归，获得切削参数对切削力系 数的影响，建立基于平均切削力的铣削力预测模型； 步骤二、建立基于斜角切削机理的铣削力预测模型，针对斜角切削中切削力与切削参 数的关系开展解析计算，基于铸铝合金Johnson-Cook材料本构模型，运用有限元仿真方法 对剪切角切削基本量进行预测求解，计算得到铣削力预测模型中的切削力系数，建立基于 斜角切削机理的铣削力预测模型； 步骤三、基于所建立的基于平均切削力的铣削力预测模型和基于斜角切削机理的铣削 力预测模型，分别开展单、多齿瞬态铣削力预测并与试验数据进行对比，结合模型建立过程 进行切削力误差原因分析。2. 如权利要求1所述的铝合金材料端铣切削力及切削加工变形模型的构建方法，其特 征在于，所述的建立基于平均切削力的铣削力预测模型的具体方法为： 首先，将多个刀齿同时参与切削的端铣切削过程进行离散，端铣刀刀齿编号为i，当第 i个刀齿参与切削时，将切削刃等间距离散为有限个微元切削刃dz，每一个微元切削刃参 与切削的过程等效于一个斜角切削过程； 作用在刀齿i切削刃微元dz上的瞬时切削力ClFi分别沿切向、径向、轴向分解为三个分 量：切向瞬时切削力dFti、径向瞬时切削力dFri及轴向瞬时切削力dFai，建立瞬时切削力求 解关系式如下式，式中K t。、KTC、Ka。分别为剪切作用对切向、径向和轴向切削力的作用系数， Kte、Kre、Kae分别为对应的刃口力系数；端铣刀单个刀齿铣削区域示意图，取第i个刀齿上的dz微元为对象，与φ?分别为 刀齿的切入角、切出角，当刀齿旋转至瞬时接触角f时，瞬时未变形切屑层厚度hi(<pi(z))由 式表示，其中fz为每齿进给量； 当<Ps?S|)i(z运φ?时刀齿微元位于有效的切削范围之内，fst、计算公式如下式，其 中aey为工件上刀具切入点与刀具旋转中心垂直于进给方向的距离，B为被加工表面宽度， R为刀具半径；ω为刀具旋转角速度，t为加工时间，则刀齿切削瞬时的瞬时接触角φ与刀具瞬时转 角ft、刀具齿间角φΡ以及瞬时偏差角θ之间的关系如下式；当刀具主偏角b时，瞬时切屑层厚度1?ι(φ,(/))表示为：诵讨祕标亦拖，将切向、彳孕向及轴向的隱时切削鲜拖为X方向、V方向和ζ方向：其中，C = fzsink,., dz=-dq>/kp，ke = tan/R，则积分得到三向瞬时切削力，其中 /..Ip1(Z))分别表示刀齿切削刃参与切削部分的轴向上、下限；由于一个刀具旋转周期内每个刀齿切除的材料总量为一常数，与螺旋角无关，因此取 dz = Bp, CPi(Z)= φ，ke = 〇,对一个刀具旋转周期内的瞬间铣削力进行积分，将积分结果除 以齿间角fp，得出每周期平均力：分别计算得到X、y、z方向切削平均力：因此平均切削力表示为每齿进给fz的线性函数与刃口力的和，通过试验及回...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦黎，王西彬，钱钰博，孙厚芳，解丽静，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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