一种切削加工表面残余应力场预测方法技术

本发明专利技术涉及切削加工技术领域，具体为一种切削加工表面残余应力场预测方法，包括以下步骤：步骤(一)考虑刀具刃口钝圆半径的切削力载荷计算，包括：(11)测量切削分力；(12)求解切削合力R，并把切削合力R分解为剪切力S和犁切力P；(13)计算剪切应力σ

【技术实现步骤摘要】
一种切削加工表面残余应力场预测方法


[0001]本专利技术涉及切削加工
，具体为一种切削加工表面残余应力场预测方法。

技术介绍

[0002]切削加工表面残余应力是影响加工件形状精度和尺寸稳定性的主要因素，如何准确的对切削加工表面残余应力场进行预测，是加工表面残余应力控制的关键。切削加工所用刀具的刃口不是绝对锋利的，且随着切削的进行刀具刃口会出现不同程度的磨损，刀具刃口的几何特征强烈影响加工表面残余应力场的分布。
[0003]中国申请号为CN202111121889.5专利《一种钛合金铣削残余应力的预测方法》，公开了一种基于指数衰减函数的钛合金铣削残余应力场的预测方法，实现对钛合金铣削残余应力场的预测；但是，该专利无法预测不同刃口半径刀具切削时的加工表面残余应力场。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种切削加工表面残余应力场预测方法。以实现对切削表面残余应力场的快速、准确预报，进而指导切削工艺参数优选。
[0005]本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切削加工表面残余应力场预测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(一)考虑刀具刃口钝圆半径的切削力载荷计算，包括：(11)测量切削分力：在不同切削条件下进行切削试验，采用压电测力仪测量切削方向切削分力R
c
和垂直切削方向的分力R
t
，分力R
c
、分力R
t
与切削合力R的计算公式为：(12)求解切削合力R，并把切削合力R分解为剪切力S和犁切力P，切削合力R与剪切力S、犁切力的矢量关系为：剪切力S在剪切平面上的分力表达式为：式中，F
s
为沿剪切面方向的分力，F
n
为垂直剪切平面方向的分力，F
c
为沿切削方向的分力，F
t
为垂直切削方向的分力，φ为剪切角；剪切力S在刀
‑
屑接触面上的分力表达式为：式中，F为沿刀
‑
屑接触面的摩擦力，N为垂直刀
‑
屑接触面的力，α为刀具前角；犁切力P沿切削方向和垂直切削方向的分力表达式为：式中，P
c
为沿切削方向的分力，P
t
为垂直切削方向的分力，η为作用方向，η＝tan
‑1μ，μ＝μ
tc
＝μ
tw
，μ
tc
为剪切力刀
‑
屑接触面上的摩擦系数，μ
tw
为犁切力作用区摩擦系数；犁切力P的作用区间为刀具刃口钝圆CD段，犁切力P的切削方向接触力F
p
和N
p
的计算公式为：式中，r为刀具刃口钝圆半径，β
c
为刀具与工件的接触角，w为刀具与工件的接触宽度，σ
p
为材料流动应力，σ
s
为材料最大剪应力；犁切力P的的计算公式为：(13)计算剪切应力σ
s
：在剪切平面局部坐标系下，剪切平面以下任一点(x
s
，z
s
)的应力值σ
s
计算公式为：
式中，q
s
为剪切平面上的切应力，q
s
＝F
s
sinφ/DoC，q
n
为剪切平面上的法向应力，q
n
＝F
n
sinφ/DoC，DoC为切削深度；(14)计算犁切应力σ
p
：犁切力作用产生的应力场作用区间为CD段，在局部坐标o
p
x
p
z
p
内，犁切力作用下工件表面以下任一点的应力值σ
p
计算公式为：式中，P
n
为垂直于CD段的载荷分布密度，P
s
为平行于CD段的载荷分布密度，为平行于CD段的载荷分布密度，(15)计算剪切力S和犁切力P作用下的机械应力σ
m
：变形区中任一点机械应力σ
m
的计算公式为：σ
m
＝T
s
‑
w
*σ
s
+T
p
‑
w
*σ
p
式中，T
s
‑
w
为剪切局部坐标转换到工件坐标系o
p
x
p
z
p
下相应的坐标转换矩阵，T
p
‑
w
为犁切局部坐标转换到工件坐标系o
p
x
p
z
p
下相应的坐标转换矩阵。步骤(二)考虑刀具刃口钝圆半径的切削热载荷计算：工件内任一点M(x，z)因温度变化而产生的应力的计算公式为：式中，E
w
为工件材料的弹性模量，v为工件材料的泊松比，a
L
为工件材料的线性热膨胀系数，ΔT为切削过程中工件温度场的变化量，ΔT的计算步骤如下：(21)切削过程中，剪切热源作用下工件内任一点M(x，z)温度变化的计算公式为：
式中，Q
shear
为剪切带热源强度，数值近似等于剪切平面上剪切力做功；l
s
为剪切带长度；K0(s)表示0阶第二类Bessel函数；k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东，周金星，陈建彬，吴敏，马浩骞，
申请(专利权)人：安徽天航机电有限公司，
类型：发明
国别省市：