车用硬脆材料旋转超声加工亚表层损伤深度在线预测方法技术

本发明专利技术公开了一种车用硬脆材料旋转超声加工亚表层损伤深度在线预测方法，包括步骤：（1）确定有效切削时间和最大切削力；（2）确定刀具端面边缘磨粒的数目及参与切削的一定高度的磨粒数目；（3）确定所选高度的磨粒的总冲量及刀具的总冲量；（4）建立刀具切削力与等效印压深度的理论关系模型；根据测量得到的刀具切削力计算得到等效印压深度；（5）建立亚表层裂纹的最大扩展深度与刀具的等效印压深度的理论关系。本发明专利技术可实现对车用硬脆材料旋转超声加工过程中亚表层损伤深度的准确在线预测。

On line prediction method of subsurface damage depth in rotary ultrasonic machining of hard and brittle materials for vehicles

The invention discloses an on-line prediction method for damage depth of sub surface layer in rotary ultrasonic machining of hard and brittle materials for vehicle, which comprises the following steps: (1) determining the effective cutting time and the maximum cutting force; (2) determining the number of abrasive grains at the edge of the end face of the tool and the number of abrasive grains at a certain height participating in the cutting; (3) determining the total impulse of abrasive grains at the selected height and the total impulse of the tool; (4) establishing the tool The theoretical relationship model of cutting force and equivalent stamping depth is established; the equivalent stamping depth is calculated according to the measured cutting force of tool; (5) the theoretical relationship between the maximum propagation depth of subsurface crack and the equivalent stamping depth of tool is established. The invention can realize the accurate on-line prediction of the damage depth of the sub surface layer in the rotary ultrasonic machining process of the hard and brittle materials for vehicles.

【技术实现步骤摘要】
车用硬脆材料旋转超声加工亚表层损伤深度在线预测方法
本专利技术涉及旋转超声加工
，具体涉及一种车用硬脆材料旋转超声加工亚表层损伤深度在线预测方法。
技术介绍
陶瓷材料具有优异的力学、热学及电学性能，使其广泛用于汽车发动机（汽缸内衬、活塞顶、气门导管、进气和排气阀座、轴承、挺杆、凸轮、凸轮随动件和活塞环等）、热交换零件（陶瓷加热器、陶瓷转子、转化器、热交换器、发热元件接头和涡轮充电机以及燃气涡轮机上的涡轮叶轮等）、点火系统（火花塞基体）及各类传感器（温度、气体、湿度、压力、振动和速度传感器等）的制造。然而陶瓷材料具有硬度高、断裂韧性低的特点，使得其机械加工过程比较困难。因此，现有技术中通常使用旋转超声加工的工艺实现硬脆材料工件的加工，以提高加工效率和加工质量。在汽车用硬脆材料的旋转超声加工过程中，通过逐步采用细粒度的金刚石刀具去除前道工序引起的亚表层损伤，以提高汽车用陶瓷材料工件的加工质量和加工效率，因此需要对工件的亚表层损伤深度进行预测和分析，以实现汽车用硬脆材料的低损伤、高效加工。目前亚表层损伤深度的检测技术主要包括有/无损检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车用硬脆材料旋转超声加工亚表层损伤深度在线预测方法，其特征在于，包括步骤：/n（1）确定有效切削时间

【技术特征摘要】
1.一种车用硬脆材料旋转超声加工亚表层损伤深度在线预测方法，其特征在于，包括步骤：
（1）确定有效切削时间和最大切削力：对高度为的任一磨粒，根据磨粒
的正弦轨迹方程，建立最大切削深度与单个超声振动周期内该磨粒的有效切削时间的关系，根据压痕断裂力学理论，建立最大切削深度与单个超声振动周期内该
磨粒的最大切削力的关系；
（2）确定刀具端面边缘磨粒的数目及参与切削的高度为的磨粒数目：
根据刀具的磨粒浓度确定刀具端面边缘的磨粒数目；依据磨粒高度服从正态分布的
特征确定参与切削的高度为的磨粒数目；
（3）确定单个超声周期内高度为的磨粒的总冲量及刀具总冲量：利用步骤（2）中所得参与切削的高度为的磨粒数目，并结合
步骤（1）中磨粒的有效切削时间和最大切削力，确定单个超声周期内高度为的磨粒的总冲量；依据磨粒高度服从正态分布的特征及刀具的等效印
压深度，确定所有参加切削的不同高度磨粒的总冲量，即为刀具总冲量；
（4）建立刀具切削力与等效印压深度的理论关系模型：基于刀具切削力和
刀具总冲量的关系，以及步骤（1）中最大切削深度和最大切削力的关系，并结合步骤（3）中刀具总冲量的计算公式，建立刀具切削
力与等效印压深度的理论关系模型；
（5）建立亚表层裂纹的最大扩展深度与刀具的等效印压深度的理论
关系：根据压痕断裂力学理论，确定最大磨粒的最大切削力与中位裂纹的最大扩展
深度的关系，然后结合步骤（1）中最大切削深度和最大切削力的关
系，并根据等效印压深度等于参与切削磨粒的最大切削深度，且中位裂纹的最
大扩展深度等于亚表层裂纹的最大扩展深度，建立亚表层裂纹的最
大扩展深度与刀具的等效印压深度及综合影响系数和之间的理论关
系；
根据步骤（4）得到的等效印压深度，以及综合影响系数和计算得到亚表层裂
纹的最大扩展深度，完成所述车用硬脆材料旋转超声加工亚表层损伤深度的
在线预测。


2.根据权利要求1所述的车用硬脆材料旋转超声加工亚表层损伤深度在线预测方法，
其特征在于，步骤（1）中，所述最大切削深度与单个超声振动周期内该磨粒的有效切
削时间的关系如式（I）所示：



其中，为超声振动频率，为超声振动振幅。


3.根据权利要求2所述的车用硬脆材料旋转超声加工亚表层损伤深度在线预测方法，
其特征在于，步骤（1）中，所述最大切削深度与单个超声振动周期内该磨粒的最大切
削力的关系如式（II）所示：



其中，为所述车用硬脆材料的维...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕东喜，祝颖丹，陈明达，姚友强，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33