基于力-热-组织多场耦合的铣削加工表面层残余应力预测方法技术

一种基于力

【技术实现步骤摘要】
基于力
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热
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组织多场耦合的铣削加工表面层残余应力预测方法


[0001]本专利技术涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种基于力
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热
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组织多场耦合的铣削加工表面层残余应力预测方法。

技术介绍

[0002]切削加工表面层残余应力的形成机理较为复杂，是在切削力、切削热以及表面层组织演变耦合作用下产生的。在不同的刀具结构、工艺参量和冷却润滑因素下，力、热、组织三场作用区范围和对残余应力形成的贡献也有所不同。一般地，热作用区贯穿于整个表面层，组织作用区与线速度和辅助冷却方式密切相关，力作用区与刃口钝圆半径密切相关。
[0003]现有有限元方法在计算切削力和切削温度场方面具有快速、直观的优势，然而，其内嵌的残余应力算法较为简单，具有较大的局限性，不能准确反映切削表面层残余应力受切削过程力、温度以及微观组织多场耦合影响的真实物理机制，导致最终计算获得的残余应力结果与实际不符。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于力
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热
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组织多场耦合的铣削加工表面层残余应力预测方法，其特征在于，通过构建力作用下、热作用下和组织作用下的残余应力模型，基于赫兹滚滑动接触理论构建弹性应力场，对切削机械载荷进行求解，分析应力加载和应力卸载过程，然后求解残余应力；分别对热，即温度场作用下残余应力以及对组织场作用下残余应力建模，计算任一点处因相变引起的体积改变比，基于线弹性胡可定律求解因相变体积变化带来的残余应力；最后在力
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热
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组织多场耦合作用下得到切削表面层的最终残余应力；所述的对力作用下残余应力建模，基于有效残余塑性应变的残余应力形成预测模型，在材料流动应力低于其单向准静态拉伸强度的范围内，工件发生的塑性应变都将被有效积累并最终成为有效残余塑性应变，即材料的单向准静态拉伸强度是用以判断材料变形过程中的塑性应变是将被视为有效而累加还是将被视为无效而忽略的量度。2.根据权利要求1所述的基于力
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热
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组织多场耦合的铣削加工表面层残余应力预测方法，其特征是，所述的铣削加工，满足：1)钛合金的铣削加工过程保持为平面应变状态，即不考虑刀具轴向力给残余应力带来的影响；2)工件材料为连续介质。3.根据权利要求1所述的基于力
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热
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组织多场耦合的铣削加工表面层残余应力预测方法，其特征是，所述的对力作用下残余应力建模，具体为：将刀齿高速移动并对工件材料进行切削的时变轨迹离散成一系列密集、有序排布的刀具位置点，并将刀具的动态运动切削过程近似看作为刀具在这些静态刀位点上的有序拼接，刀具在动态运动时的时变几何位姿和由此带来的时变力热载荷也被有序离散作用到各个对应刀位点处，当离散刀位点足够密集时，刀齿在刀位点之间的运动给工件带来的影响即可予以忽略。4.根据权利要求1所述的基于力
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热
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组织多场耦合的铣削加工表面层残余应力预测方法，其特征是，所述的弹性应力场是指：在每个刀位点上，刀齿对工件作用产生的载荷场可采用赫兹滚滑动理论进行求解，滚滑动接触模型认为距离工件表面相同深度的所有点承受的外加应力历程是相同的，而沿不同深度上的点所受的应力状态则不相同，刀具切削工件时产生的变形区是切削力的主要来源，各变形区的切削力沿变形区按一定关系分布并可正交分解为切向应力p(s)和法向应力q(s)两个部分，根据赫兹滚滑动接触理论，外加载荷切向应力p(s)和法向应力q(s)作用在区域(
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a<x<a)内，对位于工件半无限大弹性空间内的任一点P处的单元体所受到的应力分量进行求解；所述的对切削机械载荷进行求解是指：在刀具运动到刀位点k时，切削表面层微单元体的实际应力状态σ
ij
(k)是外加机械应力与刀具在前一刀位点所产生残余应力的叠加，具体为：的叠加，具体为：其中：σ
xx
是x方向上应力，σ
yy
是y方向上应力，σ
zz
是z方向上应力，τ
xz
为xz方向剪切应力。5.根据权利要求1所述的基于力
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热
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组织多场耦合的铣削加工表面层残余应力预测方法，其特征是，所述的应力加载是指：将采用材料自身的准静态拉伸强度作为用于计算有效塑性应变的界限应力；当外加载荷应力超过该界限应力时，考虑到材料的大尺度塑性流动能够使应力集中得到缓和，将外加载荷应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，俞威威，安庆龙，明伟伟，刘公雨，马海善，
申请(专利权)人：江苏海博工具产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：