一种负前角切削力和温度场分布预测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种负前角切削力和温度场分布预测方法及系统。本发明专利技术基于材料塑性滑移特点，构造考虑死区形态和预剪区以及主变形区厚度的修正滑移线场模型，并引入无量纲量切削力比和切屑厚度比，建立滑移线场几何迭代求解方法，从而获得更加符合准确可靠的切削几何。本发明专利技术分别求解了主变形区热源、第二变形区热源和死区热源强度，然后代入建立的镜像热源模型，实现刀具‑工件‑切屑温度场预测。

【技术实现步骤摘要】
一种负前角切削力和温度场分布预测方法及系统
本专利技术涉及金属高效高精切削加工领域，特别是涉及一种负前角切削力和温度场分布预测方法及系统。
技术介绍
众多切削加工过程表明，相较于正前角切削，负前角切削设计能够大幅降低刀具切入时所受冲击载荷，而且能够获取更优的零件表面质量。经研究，这些优势很大程度上得益于负前角切削时的材料滞区，即死区的形成，其在保护刀尖的同时，将部分材料挤压进入工件已加工表面，提高了零件表面硬度并改善应力分布情况。然而，目前业界研究重点依然是正前角切削过程，而对负前角切削过程及其关键的材料滞留现象的研究非常有限，同时负前角切削过程切削力和温度场预测仍然是本领域的难点。目前，已经有学者材料滑移线方法对刀具刃前材料滞留现象做了相关研究，例如WaldorfD.J.等人(“Aslip-linefieldforploughingduringorthogonalcutting,JManufSciEng-TransASME,120(1998)693-699.)针对磨削过程刀具钝圆刃口作用下的犁耕效应和剪切效应建立了新的滑移线场模型，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负前角切削力和温度场分布预测方法，其特征在于，包括：/n分别获取两组变切厚和变前角正交实验下的实验切削力、实验切深抗力、切屑厚度值、切削速度、刀具热导率、工件热导率、刀具热扩散系数以及工件热扩散系数；/n根据所述实验切削力和所述实验切深抗力，确定实验切屑力比；/n根据所述切削厚度值，确定实验切削厚度比；/n获取初始死区角、初始摩擦因数角以及初始剪切角；/n基于刚塑性变形理论修正滑移线场模型；/n基于所述初始死区角、所述初始摩擦因数角以及所述初始剪切角，根据修正后的滑移线场模型预测切屑力比和切削厚度比；/n根据预测切屑力比、所述实验切屑力比、预测切削厚度比以及所述实验切削厚度比，计算误差...

【技术特征摘要】
1.一种负前角切削力和温度场分布预测方法，其特征在于，包括：
分别获取两组变切厚和变前角正交实验下的实验切削力、实验切深抗力、切屑厚度值、切削速度、刀具热导率、工件热导率、刀具热扩散系数以及工件热扩散系数；
根据所述实验切削力和所述实验切深抗力，确定实验切屑力比；
根据所述切削厚度值，确定实验切削厚度比；
获取初始死区角、初始摩擦因数角以及初始剪切角；
基于刚塑性变形理论修正滑移线场模型；
基于所述初始死区角、所述初始摩擦因数角以及所述初始剪切角，根据修正后的滑移线场模型预测切屑力比和切削厚度比；
根据预测切屑力比、所述实验切屑力比、预测切削厚度比以及所述实验切削厚度比，计算误差值；
获取所述误差值最小时的死区角、摩擦因数角以及剪切角；
根据所述死区角、所述摩擦因数角以及所述剪切角，计算滑移线场几何结果、切削力以及切深抗力；
根据所述滑移线场几何结果、所述切削速度、所述刀具热导率、所述工件热导率、所述刀具热扩散系数以及所述工件热扩散系数，计算温度场。


2.根据权利要求1所述的负前角切削力和温度场分布预测方法，其特征在于，所述基于所述初始死区角、所述初始摩擦因数角以及所述初始剪切角，根据修正后的滑移线场模型预测切屑力比和切削厚度比，具体包括：
根据所述初始死区角以及所述初始摩擦因数角，计算船首角；
根据所述船首角以及所述初始剪切角，计算滑移线角；
根据所述初始死区角、所述初始摩擦因数角、所述初始剪切角以及所述滑移线角，计算初始滑移线场几何结果；
根据所述初始滑移线场几何结果，计算切屑力比和切削厚度比。


3.根据权利要求1所述的负前角切削力和温度场分布预测方法，其特征在于，所述根据所述滑移线场几何结果、所述切削速度、所述刀具热导率、所述工件热导率、所述刀具热扩散系数以及所述工件热扩散系数，计算温度场，具体包括：
根据所述滑移线场几何结果计算剪切应力；
根据所述剪切应力、所述所述切削速度、所述死区角、所述摩擦因数角以及所述剪切角，计算主剪切区、刀-屑接触区以及死区工件交界面的局部流动剪切应力和材料流动速度；
根据主剪切区的局部流动剪切应力和主剪切区的材料流动速度，计算主剪切区的热源强度；
根据刀-屑接触区的局部流动剪切应力和刀-屑接触区的材料流动速度，计算刀-屑接触区的热源强度；
根据死区工件交界面的局部流动剪切应力和死区工件交界面的材料流动速度，计算死区工件交界面的热源强度；
根据所述主剪切区的热源强度、所述刀-屑接触区的热源强度、所述死区工件交界面的热源强度、所述刀具热导率、所述工件热导率、所述刀具热扩散系数以及所述工件热扩散系数，计算温度场。


4.根据权利要求1所述的负前角切削力和温度场分布预测方法，其特征在于，所述获取初始死区角、初始摩擦因数角以及初始剪切角，具体包括：
通过应力准则确定许用区间；
在所述许用空间内获取初始死区角、初始摩擦因数角以及初始剪切角。


5.一种负前角切削力和温度场分布预测系统，其特征在于，包括：
实验数据获取模块，用于分别获取两组变切厚和变前角正交实...

【专利技术属性】
技术研发人员：李西兴，赵大兴，李靖，张楚鹏，吴锐，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42