一种识别超声振动对材料应力影响系数的方法技术

本发明专利技术公开了一种识别超声振动对材料应力影响系数的方法，包括如下步骤：S1，根据刀具前刀面与切屑的接触特点，将与刀具前刀面接触的切屑分为剪切区域和滑移区域，并获得刀具前刀面与切屑接触区域的应力；S2，获得剪切区域与滑移区域的边界A

【技术实现步骤摘要】
一种识别超声振动对材料应力影响系数的方法
本专利技术涉及机加工领域，特别是涉及一种识别超声振动对材料应力影响系数的方法。
技术介绍
超声振动辅助加工能够显著降低切削力与切削温度，提高加工中的稳定性，刀具的寿命及加工效率，其广泛用于各类高强度高硬度材料的加工。为了准确评估超声振动辅助加工中的切削力与切削热，需要准确获得切削过程中超声振动对材料应力的影响系数。现有的切削力与切削热的预测模型均是通过切削实验获得切削力系数，并以此计算切削力与切削热。而不同超声振动参数得切削力系数不同，并在超声振动影响下的切削参数对切削力与热也有显著不同。为了提高切削了与热的预测精度，需要准确获得超声振动对材料应力的影响系数。现在的超声振动对材料的影响系数均是通过对超声振动拉伸与压缩实验获得的，需要准备多个特定试样开展多组超声拉伸与压缩实验，通过与常规下材料应力随应变的变化数据对比获得，且对比获得超声振动对材料的流动应力影响系数与超声振动辅助切削加工中的材料应力系数有一定差异。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种识别超声振动对材料应力影响系数的方法，能够准确方便地获得应力影响系数。根据本专利技术的第一方面实施例的识别超声振动对材料应力影响系数的方法，包括如下步骤：S1，根据刀具前刀面与切屑的接触特点，将与刀具前刀面接触的切屑分为剪切区域和滑移区域，并获得刀具前刀面与切屑接触区域的应力；S2，获得剪切区域与滑移区域的边界A1A2的正应力σA1A2和切应力τA1A2；S3，获得剪切区域与刀具前刀面接触的边界CA1的正应力和切应力S4，获得剪切区域边界BC的正应力σBC和切应力τBC；S5，依据边界BC，CA1，A1A2的应力状态，求得超声振动影响系数。根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，刀具前刀面与切屑接触区域的应力状态如下：正应力为切应力为其中σs为材料的正应力屈服强度；lx为目标点到刀具与切屑接触长度终点的之间距离；τs为工件材料的屈服切应力，κ为常数；l1为剪切区域与刀具前刀面的接触长度；l2为滑移区域与刀具前刀面的接触长度；μs为材料的摩擦系数。根据本专利技术的一些实施例，步骤S2中，边界A1A2的正应力σA1a2和切应力τA1A2的计算过程如下：S21,根据步骤S1获得的刀具前刀面与切屑接触区域的应力状态，可获得刀具与切屑接触的滑动区域的压应力σ4和切应力τ4，S22,通过对其中σ4和τ4进行积分可得Fσ和Fτ，即S23,根据切屑区域的受力平衡，求得Fτ4和Fσ4；S24，将边界A1A2的法向力与切向力与边界的面积相比，获得σA1A2和τA1A2，即其中A1A2为边界A1A2的长度，b为刀具宽度；Fσ和Fτ分别为刀具对切屑的滑移区域的正向力和切向力；Fσ4和Fτ4分别为边界A1A2对切屑的滑移区域的正向力与切向力。根据本专利技术的一些实施例，依据剪切区域的受力平衡，可得x方向和y方向两个方向的受力平衡公式为：x方向受力：Fx＝0＝Fσcosα+Fτsinα-Fσ4sinφfi-Fτ4cosφfi；y方向受力：Fy＝0＝Fσsinα+Fτcosα-Fσ4cosφfi-Fτ4sinφfi；求得：φfi为材料流出的剪切角度，α为刀具前角。根据本专利技术的一些实施例，长度A1A2可由下列公式获得：φin为剪切材料的流入角度，h为未变形切屑厚度。根据本专利技术的一些实施例，步骤S4中，边界BC的正应力σBC和切应力τBC的计算过程如下：依据剪切带区域的受力平衡，则有0＝Fx＝(Fσ4sinφfi-Fτ4cosφfi)+(Fσ5cosα-Fτ5sinα)+(-Fσ1sinφin+Fτ1cosφin)0＝Fy＝(Fσ4cosφfi-Fτ4sinφfi)+(Fσ5sinα-Fτ5cosα)+(-Fσ1sinφin+Fτ1sinφin)，并可获得边界BC的正压力Fσ1与切向力Fτ1，再将正压力Fσ1与切向力Fτ1除以边界BC的面积，即可获得边界BC的正应力σBC和切应力τBC，即h为未变形切屑厚度，φ为剪切角度，b为刀具宽度。根据本专利技术的一些实施例，步骤S5的具体步骤如下：根据步骤S2、S3和S4获得的参数，获得剪切带上的正应力与切应力；根据正应力与切应力的修正模型获得正应力与切应力与材料应力影响系数的关系式；根据上述关系式计算求得材料应力影响系数。根据本专利技术的一些实施例，根据步骤S2、S3和S4获得的参数，获得剪切带上的正应力与切应力分别为：ls为剪切区域的长度，lx1为剪切区域上的点到边界CA1的垂直距离。根据本专利技术的一些实施例，正应力与切应力的修正模型分别为：Tm，Tr，Eu，εv分别为材料的融点，室温,超声振动能量密度,应变率,应变；为参考应变率；A为材料的屈服强度，Tv为超声振动辅助加工中剪切区域的温度；B为材料的硬化模量，C为材料的应变率系数，n为材料硬化系数，m为材料的热软化系数，d和e为超声振动对材料流动应力的影响系数。根据本专利技术实施例的一种识别超声振动对材料应力影响系数的方法，至少具有如下技术效果：通过分析超声振动对剪切区域内各单元应力应变状态影响规律，建立超声振动下的各剪切单元受力状态，并以此建立了快速准确识别超声振动对材料流动应力的影响系数，为分析切削过程中的物理现象及预测切削力，切削热奠定了基础。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是切屑、工件、刀具间接触区域示意图；图2是切屑滑动区域与刀具接触的切屑部分受力示意图；图3是剪切区域变形示意图；图4是剪切带的受力示意图；图5是剪切区域单元受力状态图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种识别超声振动对材料应力影响系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1，根据刀具前刀面与切屑的接触特点，将与刀具前刀面接触的切屑分为剪切区域和滑移区域，并获得刀具前刀面与切屑接触区域的应力；/nS2，获得剪切区域与滑移区域的边界A

【技术特征摘要】
1.一种识别超声振动对材料应力影响系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，根据刀具前刀面与切屑的接触特点，将与刀具前刀面接触的切屑分为剪切区域和滑移区域，并获得刀具前刀面与切屑接触区域的应力；
S2，获得剪切区域与滑移区域的边界A1A2的正应力σA1A2和切应力τA1A2；
S3，获得剪切区域与刀具前刀面接触的边界CA1的正应力和切应力
S4，获得剪切区域边界BC的正应力σBC和切应力τBC；
S5，依据边界BC，CA1，A1A2的应力状态，求得超声振动影响系数。


2.根据权利要求1所述的识别超声振动对材料应力影响系数的方法，其特征在于：步骤S1中，刀具前刀面与切屑接触区域的应力状态如下：
正应力为



切应力为：



其中σs为材料的正应力屈服强度；
lx为目标点到刀具与切屑接触长度终点的之间距离；
τs为工件材料的屈服切应力，κ为常数；
l1为剪切区域与刀具前刀面的接触长度；
l2为滑移区域与刀具前刀面的接触长度；
μs为材料的摩擦系数。


3.根据权利要求2所述的识别超声振动对材料应力影响系数的方法，其特征在于，步骤S2中，边界A1A2的正应力σA1A2和切应力τA1A2的计算过程如下：
S21，根据步骤S1获得的刀具前刀面与切屑接触区域的应力状态，可获得刀具与切屑接触的滑动区域的压应力σ4和切应力τ4，






S22，通过对其中σ4和τ4进行积分可得Fσ和Fτ，即






S23，根据切屑区域的受力平衡，求得Fτ4和Fσ4；
S24，将边界A1A2的法向力与切向力与边界的面积相比，获得σA1A2和τA1A2，即






其中A1A2为边界A1A2的长度，b为刀具宽度；
Fσ和Fτ分别为刀具对切屑的滑移区域的正向力和切向力；
Fσ4和Fτ4分别为边界A1A2对切屑的滑移区域的正向力与切向力。


4.根据权利要求3所述的识别超声振动对材料应力影响系数的方法，其特征在于，依据剪切区域的受力平衡，可得x方向和y方向两个方向的受力平衡公式为：
x方向受力：Fx＝0＝Fσcosα+Fτsinα-Fσ4sinφfi-Fτ4cosφfi；
y方向受力：Fy＝0＝Fσsinα+Fτcosα-...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪林，何道广，丁撼，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43