一种判断DEFORM‑3D仿真车削表面晶粒细化层厚度的方法技术

本发明专利技术涉及计算机仿真技术领域，公开了一种判断DEFORM‑3D仿真车削表面晶粒细化层厚度的方法；针对DEFORM在三维车削模拟仿真条件下，无法测量切削表面晶粒细化层厚度这一不足，利用DEFORM软件可以测量材料晶粒度的功能与C语言判断程序相结合，对切削表面晶粒细化层厚度进行测量，该方法包括：切削模型的建立及前处理；切削模型的仿真；测量基体原始晶粒尺寸；对切削表面由表及里进行打点；使用C语言判断程序；获得切削表面晶粒细化层变化分界点值；把获得的点值连接、测量等主要步骤。采用本发明专利技术的方法后，可较准确的获得切削表面晶粒细化层厚度，且该方法操作相对简单，具有较好的可操作性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机仿真
，更具体地，特别涉及一种判断DEF0RM-3D仿真 车削表面晶粒细化层厚度的方法。
技术介绍
材料的性能改变首先体现在力学性能的提高上，常规多晶体材料的强度（或硬 度）随晶粒尺寸的减少而提高，在特定条件下工件发生剧烈塑性变形，使工件晶粒发生细 化，形成超细晶甚至纳米晶层，在不改变材料化学成分的前提下，可使材料的强度和硬度达 到基体粗晶材料的数倍甚至数十倍。如果能掌握超细晶形成理论，利用和改善现有加工工 艺方法，在加工过程中创造超细晶结构的形成条件并加以控制，即可有效改善和提高工件 强度、摩擦磨损、疲劳等性能，实现通过表层微观结构对摩擦磨损、疲劳等性能的主动控制。 研究发现，切削过程作为一个典型的剧烈塑性变形过程，切削过程中，工件在高速 剪切滑移变形、不均匀弹塑性变形和高梯度的表层温度等综合作用下，其组织结构、晶粒尺 寸等会发生变化，区别于基体材料，厚度约几十微米。准确的观察和测量切削表面晶粒细化 情况和晶粒细化层厚度，对于改进切削条件和刀具参数，提高工件性能与服役寿命具有重 要意义。 DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各 种成形工艺和热处理工艺，其中切削模块，可以对车削、铣削、镗削等进行有限元仿真模拟， 操作简单，模拟结果准确。DEF0RM-3D作为DEFORM中的三维模块，可以分析复杂的三维材料 流动模型，用它来分析那些不能简化为二维模型的问题尤为理想。 然而，使用其仿真车削模型，在后处理过程中存在一个难题，能够观察车削表面晶 粒细化情况，也可以通过打点的方法观察到工件内部晶粒细化情况，但无法准确测量切削 表面晶粒细化层厚度。为此，提出一种能够测量DEF0RM-3D仿真车削表面晶粒细化层厚度 的方法就显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术是针对以上存在的不足，提出一种判断DEF0RM-3D仿真车削表面晶粒细化 层厚度的方法，该方法利用DEFORM软件可以测量材料晶粒度的功能，并与C语言判断程序 相结合，通过对切削表面由表及里、竖直打点，测量打点处晶粒尺寸，通过C语言程序对晶 粒尺寸数值进行处理等，相对准确的测量切削表面晶粒细化层厚度。 本专利技术工作原理为：切削表面晶粒尺寸变化是一个渐变的过程，在基体晶粒与 细化晶粒相邻附近，其晶粒尺寸相等或相差不大，对切削表面由表及里，间隔一定距离， 数值向下打点，作为一组，如图1中A点、B点、C点、D点、E点所示；通过DEF0RM-3D中 Microstructure的功能，可以获得各点处的晶粒尺寸值；把获得的各点处值代入C语言判 断程序中，按照顺序找出既相邻点处值相等或相差不大，又与基体原始晶粒尺寸相近的点 值，如图2中的？ 1与P2所示，则可以判断出I即为基体晶粒与细化晶粒的分界点，同理测 得其它处点值，用曲线相连接，在空间中形成曲面，该曲面即为切削表面细化晶粒与基体晶 粒的分界面，分界面到切削表面的距离即为切削表层晶粒细化层厚度。 为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下： 所述的一种判断DEF0RM-3D仿真车削表面晶粒细化层厚度的方法，包括切削模型的建 立及前处理；切削模型的仿真；测量基体原始晶粒尺寸；对切削表面由表及里、竖直进行打 点；把获得的打点数据带入C语言判断程序；获得切削表面晶粒细化层变化分界点值；把获 得的点值连接、测量即得切削表面晶粒细化层厚度。 所述的前处理包括切削模型的建立，既可以用三维造型软件建立模型，如 solidworks等，保存成DEFORM认可格式导入，如STL等，也可在DEFORM软件建立相应的切 削模型。 所述的切削模拟仿真，即按照正常仿真过程，设定相应切削条件、选取工件材料、 刀具材料等，设定完成后，运行软件，完成仿真过程。 所述的测量基体原始晶粒尺寸，工件材料基体晶粒尺寸的获得也有多种方式，一 种是通过XRD测量获得，这种方法测量数值比较准确，但过程复杂；也可以根据选取材料特 性与工件生产过程，查取相应文献获得；或者利用DEFORM中的晶粒度分析功能，对材料基 体的晶粒尺寸进行测量。 所述的对切削表面由表及里、竖直进行打点，即从切削表面开始，间隔为1ym，垂 直向下打点，并作为一组，根据材料的不同预估切削表面晶粒细化层深度，一般打点深度为 预估深度的1. 5-2倍。 根据DEFORM软件功能，可较为方便的获得每个打点处的晶粒尺寸，把获得的每组 数值带入到C语言程序中，该程序主要用于比较判断，首先，根据程序中设定的步骤，会把 输入的每组相邻数值进行比较，如果相邻两点数值相等(或在允许误差范围内），即为符合 第一条件，然后把符合第一条件的数值与基体原始晶粒尺寸相对比，如果该数值同时与基 体原始晶粒尺寸相等(或在允许误差范围内），即为符合第二条件；同时符合第一条件与第 二条件的数值，程序会自动输出，该点即被认为是基体晶粒与细化晶粒的分界点。程序中 b为基体原始晶粒尺寸(该值随材料改变而变化)，a用来储存打点处晶粒尺寸数值。 #include<stdio. h> #include<math.h>voidmain() { floati，j，a，b=0.05;for(i=0;i<=999;i++) { scanf("％f"，a);for(j=0;j<=999;j++) { if(a-a<=0. 1); {if(a_b〈=0. 1);printf( "％f"，a); } else printf( "error"）； } } } }〇 本专利技术的优点在于：解决了DEF0RM-3D车削仿真中无法测量切削表面晶粒细化层 厚度这一不足，且本专利技术主要把DEF0RM-3D软件自带晶粒度测量功能与C语言程序相结合， 利用DEFORM完成各点处晶粒尺寸的测量，C语言判断程序完成对数据的处理；大大降低了 人工强度，并且获得的数值精度根据需要可相应调整，可较准确的获得切削表面晶粒细化 层厚度，且该方法操作相对简单，具有较好的可操作性。【附图说明】 图1是本专利技术在工件切削表面的打点原理示意图。 图2是本专利技术数值处理示意图。 图3是本专利技术的技术方案实施流程图。 图4是实施例中的切削模型。 图5是实施例中测量打点处晶粒尺寸示意图。 图1中A点、B点、C点、D点、E点为打点位置。 图2中P1和P2即为相等点，H1为基体晶粒与细化晶粒的分界点距切削表面距离。 图5中Ml和M2为所打点。【具体实施方式】 下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。 下面以铝合金7050在DEF0RM-3D模拟车削仿真中切削表层晶粒细化层厚度为实 施例，对本专利技术实施步骤做具体说明。 (1)建立切削模型，如图4所示，本专利技术车削模型刀具与工件同为DEFORM中建立。 (2)对车削模型进行仿真，切削速度为100m/S，背吃刀量为0. 5mm，进给速度为 0. 3mm/rev，刀具为软件中的CNMA432,刀架为DCKNL，工件为直径为50mm的20度圆环，材料 为铝合金7050。 (3)把模拟完成的切削模型在PostProcessor中的Microstructure中打开，对已 切削表面由表及里，竖直方向每隔lym进行打点，如下表所示，Pi+Pg即为所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种判断DEFORM‑3D仿真车削表面晶粒细化层厚度的方法，其特征在于，包括切削模型的建立及前处理；切削模型的仿真；测量基体原始晶粒尺寸；对切削表面由表及里、竖直进行打点；把获得的打点数据带入C语言判断程序；获得切削表面晶粒细化层变化分界点值；把获得的点值连接、测量即得切削表面晶粒细化层厚度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付秀丽，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37