铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法技术

本发明专利技术公开了一种铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法，根据已有关于应力波特性的解算方法大多针对于不同岩石节理及爆炸应力波等方面，对于铣削过程中应力波的传播特性及应力波作用下刀齿后刀面产生的能量演变机制有待揭示，在高效铣削过程中，采用加工工件内部质点逐个解算方法，将通过一维弦线理论构建的摩擦应力波波动方程转化为振动波源方程，得出在摩擦力作用下的波源振动方程，实现对在外力作用下的应力波叠加状态的准确描述，并对叠加质点的强度进行了分析，并针对高效铣削过程中的刀齿后刀面的能量波动，构建了能量解算方程，能够计算出相对应位置应力波能量的理论值，解算出摩擦应力波能量在铣刀刀齿中的动态变化特性。刀齿中的动态变化特性。刀齿中的动态变化特性。

【技术实现步骤摘要】
铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法


[0001]本专利技术涉及加工工件的表层亚表层中的应力波叠加方程的解算与刀齿后刀面能量特性解算方法
，具体为一种铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法。

技术介绍

[0002]高效铣刀铣削钛合金TC4工件过程中，刀工界面摩擦力作用于工件表面，导致工件内部质点发生波动从而形成应力波。当不同的刀齿铣削工件表面时，在工件表层亚表层沿不同路径产生不同的应力波，若在工件内部不同应力波相遇从而产生叠加，叠加后的应力波在工件内部传播会使已加工表面产生表层和亚表层损伤，而这些细小的损伤在工件表面以后的处理中会被放大，会影响工件加工表面形貌、亚表层微观组织状态和物理力学性能，进而会影响零件的可靠性和使用寿命。因此，探究应力波在工件表层亚表层的叠加，构建摩擦力作用下的应力波叠加方程具有重要意义。
[0003]为了揭示应力波在工件表层亚表层的叠加特性，构建了应力波的叠加方程并对其进行解算。该方程根据高效铣削过程中摩擦力的作用，对工件内部质点的受力分析，得出质点的波动方程，并解算出该方程的特解，将其转化为波源的振动方程并对其进行合成，得到质点应力波的叠加方程。高效铣削加工中的动态载荷作用越显著，刀具的振动响应也越剧烈，当波峰与波峰或者波谷与波谷在某一质点处叠加时，质点的强度都会在原来的基础上增强，加大该质点的应力分布深度，从而导致微裂纹扩展，这将加速刀具的损伤和降低工件的加工质量。当波峰与波谷在某一质点相遇叠加时，该质点的强度会在原来的基础上降低，此时该质点处的损伤就会减小，从而提高了加工工件的表面质量。因此，解算出加工工件内部的应力波叠加特性，对于减少加工表面表层亚表层的损伤，提高工件的表面质量具有指导作用。
[0004]应力波在传播过程中常常伴随着能量变化，也可成为应力波能量的波动过程。除了质点与质点之间的扰动外，能量也随之传递，这也是波动的一种方式。已有关于应力波特性的解算方法大多针对于不同岩石节理及爆炸应力波等方面，对于铣削过程中应力波的传播特性及应力波作用下刀齿后刀面产生的能量演变机制有待揭示。在高效铣削过程中，应力波的能量传播对刀齿后刀面的性能破坏有着重要影响，为了进一步探究刀齿后刀面的能量损耗，提出了一种刀齿后刀面应力波能量解算方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法，具体应力波能量解算方法如下：
[0007]S1、已加工工件内部质点间应力的约束，使其组件内部处于稳定状态，约束已加工
工件质点间的应力属于内力作用，在未收到外力作用时内部结构处于稳定状态；
[0008]S2、对已加工工件表面通过刀齿上刀面施加外力作用，工件内部的质点在外力作用下产生位移，与相邻质点之间产生应力，造成了应力的传递，由于介质质点具有惯性，使某相邻质点运动滞后，外载荷在表面上的扰动就这样在介质中由近及远地传播出去而形成应力波；
[0009]S3、已加工工件内部的质点在外力作用下形成应力波，几个波源产生的应力波在同一介质中传播，且同时作用于工件中的同一个质点时，则应力波在已加工工件内部形成应力波的叠加，对于弹性波而言，由于皆为线性波，其波源的相互作用满足线性叠加原理；
[0010]S4、对已加工工件在铣削过程中第三变形区应力波的传播过程，传播过程为在对已加工工件铣削过程中刀齿后的刀面与加工过渡表面之间摩擦副中的质点，在传播过程中常常伴随着能量的变化的扰动过程。
[0011]进一步的，所述已加工工件为钛合金TC4工件。
[0012]进一步的，所述应力波为已加工工件表面施加外力时的振动状态和振动相位信息的传播。
[0013]进一步的，所述工件被施加外力时内部质点的应力波波动方程为：
[0014][0015]进一步的，所述两个刀齿对加工工件表面产生作用力时，形成两个波源，波源振动方程为质点的波动方程的积分形式，两个波源的振动方程可以根据质点的波动方程求得：
[0016]波源1的振动方程：
[0017][0018]波源2的振动方程：
[0019][0020]进一步的，个所述波源产生的应力波在工件内部相遇从而叠加。
[0021]进一步的，根据应力波理论，S4基于一维弹性应力波P波能量解算方法求解应力波在传播过程中引起的弹性能如式所示：
[0022][0023]方程式中：σ
ij
为单元体应力；ε
ij
为单元体应变；E为材料的弹性模量。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025]该铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法，根据已有的关于应力波叠加与能量解算的理论研究和实验方法主要应用于不同岩石节理及爆炸应力波等方面，通过有限元仿真对预制裂纹岩石的裂纹扩展过程进行分析，研究了不同应力波峰值、能量对于岩石的破坏机理，给出了其岩石的破坏的影响规律；
[0026]该铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法，可以应用于不同岩石节理方面，对于铣削过程中加工工件表层亚表层的应力波的传播特性及应力波作用下刀齿后刀面产生的能量演变机制有待揭示，在弹性介质中，由于经常发生瞬间应力波的叠加现象，导致了高度的局部应力集中，由于切削过程的复杂性，对于刀工界面的应力波叠加特性
的研究少之又少，很难将已有的理论直接应用于金属切削过程，因此在构建应力波叠加方程时过程较为困难；
[0027]并且根据已有关于应力波特性的解算方法大多针对于不同岩石节理及爆炸应力波等方面，对于铣削过程中应力波的传播特性及应力波作用下刀齿后刀面产生的能量演变机制有待揭示；
[0028]该铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法，在高效铣削过程中，采用加工工件内部质点逐个解算方法，将通过一维弦线理论构建的摩擦应力波波动方程转化为振动波源方程，得出在摩擦力作用下的波源振动方程，实现对在外力(摩擦力)作用下的应力波叠加状态的准确描述，并对叠加质点的强度进行了分析。并针对高效铣削过程中的刀齿后刀面的能量波动，构建了能量解算方程，能够计算出相对应位置应力波能量的理论值，解算出摩擦应力波能量在铣刀刀齿中的动态变化特性。
附图说明
[0029]图1为本专利技术中的铣刀切削过程中工件内部应力波传播方式与质点状态示意图；
[0030]图2为本专利技术中的两列波源在频率不同时波峰与波峰叠加的幅值变化示意图；
[0031]图3为本专利技术中的两列波源在频率相同时波峰与波峰叠加的幅值变化示意图；
[0032]图4为本专利技术中的两列波源在频率不同时波峰与波谷叠加的幅值变化示意图；
[0033]图5为本专利技术中的两列波源在频率相同时波峰与波谷叠加的幅值变化示意图；
[0034]图6为本专利技术中的加工工件内部某本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法，特征在于：S1、已加工工件内部质点间应力的约束，使其组件内部处于稳定状态，约束已加工工件质点间的应力属于内力作用，在未收到外力作用时内部结构处于稳定状态；S2、对已加工工件表面通过刀齿上刀面施加外力作用，工件内部的质点在外力作用下产生位移，与相邻质点之间产生应力，造成了应力的传递，由于介质质点具有惯性，使某相邻质点运动滞后，外载荷在表面上的扰动就这样在介质中由近及远地传播出去而形成应力波；S3、已加工工件内部的质点在外力作用下形成应力波，几个波源产生的应力波在同一介质中传播，且同时作用于工件中的同一个质点时，则应力波在已加工工件内部形成应力波的叠加，对于弹性波而言，由于皆为线性波，其波源的相互作用满足线性叠加原理；S4、对已加工工件在铣削过程中第三变形区应力波的传播过程，传播过程为在对已加工工件铣削过程中刀齿后的刀面与加工过渡表面之间摩擦副中的质点，在传播过程中常常伴随着能量的变化的扰动过程。2.根据权利要求1所述的一种铣削钛合金应力波叠加特性与刀齿应力波能量解算方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵培轶，孙淑玲，姜彬，姜宇鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：