一种评价加工硬化消减程度的榫槽拉削模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种评价加工硬化消减程度的榫槽拉削模拟方法；本发明专利技术构建三个相同的热力耦合切削仿真模型，基于有限元分析软件，先用初始仿真模型进行热力耦合切削仿真分析，再利用重启动功能，以初始切削仿真模型的仿真结果作为加热仿真模型的初始状态，进行线热源加热仿真。之后，再次利用重启动功能，以加热仿真模型的仿真结果作为二次仿真模型的初始状态，并进行热力耦合切削仿真；从而能够得到加热方式消减加工硬化前后的切削力变化情况下，实现对加工硬化消减程度的分析。并且，本发明专利技术中多次重启动的方式相较于仅设定单个仿真模型的传统仿真方式，大大简化了操作步骤，节约了算力，且更易于实现模型收敛。且更易于实现模型收敛。且更易于实现模型收敛。

【技术实现步骤摘要】
一种评价加工硬化消减程度的榫槽拉削模拟方法


[0001]本专利技术属于消减加工硬化
，具体涉及一种评价加工硬化消减程度的榫槽拉削模拟方法。

技术介绍

[0002]航空发动机涡轮盘榫槽加工大多采用精密高效的拉削加工方式，来满足榫槽成型精度与加工效率。然而，涡轮盘材料的难加工性，使加工成型后零部件存在的强烈加工硬化现象，消减材料加工后的加工硬化现象一直是研究的热点和难点，且传统解析手段以及试验方法耗时费力、成本高昂，且难以捕获切削区域状态的瞬时变化情况，需要借助有限元手段来解决该类问题。
[0003]目前，消减材料加工后的加工硬化现象的方法主要以改善刀具和工件属性的方式来实现，如加大刀具前角、提高刀具刃磨质量以及改善工件切削性能。消减加工硬化的方式不止有改善刀具和工件属性这种方法，还可通过加热代加工表面，使代加工工件热软化来达成消减加工硬化的效果。为了更好的理解消减加工硬化机制特性，应利用有限元技术来观察加工硬化消减现象，并通过多次重启动操作，先进行工件的切削仿真，再将第一次切削仿真后工件表面的残余应力作为第二次加热仿真的输入进行加热仿真，再将加热仿真后的工件状态最为第二次切削仿真的输入，通过对比前后两次切削仿真的切削力和切屑形态来量化加工硬化现象消减程度。该方法对于增强涡轮盘材料性能、加快涡轮盘以及航空发动机的研发与生产，加速我国航天航空、能源、模具、汽车以及国防军工事业的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对目前榫槽拉削过程中存在着强烈的加工硬化问题，提供了一种评价加工硬化消减程度的榫槽拉削模拟方法。本专利技术是一种先进行两把刀的切削仿真来真实展现工件加工后表面残余应力情况，再进行加热仿真来消减加工硬化，最后再一次通过切削仿真来获取消减加工硬化后工件的应力应变数据，再返回加热仿真调整线热源参数后，并循环上述步骤。通过对比多次切削仿真的切削力大小来量化加工硬化消减程度，并对线热源参数进行优选的方法；是一种通过线热源加热来消减加工硬化现象的方法；是一种通过多次重启动来实现切削
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加热
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切削，最后对比修改线热源参数后的切削仿真切削力参数来优选线热源参数的方法。
[0005]一种评价加工硬化消减程度的榫槽拉削模拟方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、在有限元仿真软件中构建热力耦合切削仿真模型；热力耦合切削仿真模型包括第一刀具模型、第二刀具模型、第三刀具模型、工件模型和热源模型。第一刀具模型、第二刀具模型、第三刀具模型沿着切削方向依次排列；第二刀具模型和第三刀具模型切削工件模型时的背吃刀量相等。热源模型用于加热工件模型的被切削面。设置仿真约束条件：第一刀具模型和第二刀具模型先后切削工件模型，第三刀具模型固定不动，热源模型不进
行加热。
[0007]步骤二、以步骤一得到的热力耦合切削仿真模型作为初始仿真模型；将初始仿真模型提交运算分析，得到第二刀具模型切削的仿真结果。仿真结果包括第二刀具模型切削工件模型时的切削力，以及工件模型的温度、应力和应变。
[0008]步骤三、复制出一个初始仿真模型，作为加热仿真模型；对加热仿真模型进行重启动设定，将初始仿真模型的仿真结果作为加热仿真模型的初始状态。重新设置仿真约束条件：第一刀具模型、第二刀具模型和第三刀具模型均固定不动，热源模型对工件模型的被切削表面进行加热。
[0009]步骤四、将加热仿真模型提交运算分析，得到仿真结果。仿真结果包括工件模型的温度、应力和应变。
[0010]步骤五、复制出一个加热仿真模型，作为二次仿真模型；对二次仿真模型进行重启动设定，将加热仿真模型的仿真结果作为二次仿真模型的初始状态。重新设置仿真约束条件：第一刀具模型、第二刀具模型均固定不动，第三刀具模型切削工件模型，热源模型不进行加热。
[0011]步骤六、将二次仿真模型提交运算分析，得到仿真结果。仿真结果包括第三刀具模型切削工件模型时的切削力。
[0012]步骤七、对比步骤二和步骤六得到的仿真结果，根据切削力的差异，得到线热源模型以当前设定的温度和移动速度对工件被切削表面进行加热所能达到的加工硬化消减程度。
[0013]作为优选，步骤一中，第一刀具模型、第二刀具模型和第三刀具模型均设置为刚体。
[0014]作为优选，步骤一中，在建立热力耦合切削仿真模型后，进行网格划分、装配定位和参数设定；热力耦合切削仿真模型的参数包括材料属性、网格划分、装配定位、分析步及输出变量、刀具与工件的运动特性和载荷。
[0015]作为优选，步骤一中设定的仿真约束条件中，第一刀具模型和第二刀具模型以相同的速度均匀移动。
[0016]作为优选，步骤一所述的网格划分中，工件模型与刀具模型接触区域及其周围的预设宽度的区域采用精细网格；刀具模型和工件模型上的其他区域采用粗网格。
[0017]作为优选，步骤二、四和六中，若仿真结果不收敛或误差大于差异阈值，则调整模型参数后重新提交运算分析，直到仿真结果收敛或误差小于差异阈值。
[0018]作为优选，初始仿真模型和加热仿真模型的分析步参数的输出间隔均为1，使得初始仿真模型结束后加热仿真模型能够继续进行仿真，加热仿真模型结束后二次仿真模型能够继续进行仿真。
[0019]作为优选，所述的热源模型采用线热源模型，由沿着切削方向依次排列的多个点热源组成。步骤三中，热源模型对工件模型的被切削表面进行加热的方式为：线热源模型加热至预设温度，以预设速度在被切削表面沿着垂直于切削方向移动。
[0020]作为优选，所述的第一刀具模型、第二刀具模型和第三刀具模型切削工件模型时的背吃刀量相等。
[0021]作为优选，步骤二得到的仿真结果中还包含第一刀具模型进行切削时的切削力；
步骤七中，对比第一刀具模型、第二刀具模型、第三刀具模型切削时的切削力大小，第一刀具模型的切削力对应无加工硬化的工件；第二刀具模型的切削力对应消减硬化前的工件；第三刀具模型切削时对应消减硬化后的工件，分析出加热对加工硬化现象的消减程度。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]1、本专利技术构建三个相同的热力耦合切削仿真模型，基于有限元分析软件，先用初始仿真模型进行热力耦合切削仿真分析，再利用重启动功能，以初始切削仿真模型的仿真结果作为加热仿真模型的初始状态，进行线热源加热仿真。之后，再次利用重启动功能，以加热仿真模型的仿真结果作为二次仿真模型的初始状态，并进行热力耦合切削仿真；从而能够得到加热方式消减加工硬化前后的切削力变化情况下，实现对加工硬化消减程度的分析。
[0024]2、本专利技术使用有限元分析软件，利用多次重启动操作，对消减加工硬化现象进行仿真模拟，可以得到实验中较难获得的数据，而且可以对整个加工过程进行预测。并且本专利技术中多次重启动的方式相较于仅设定单个仿真模型的传统仿真方式，大大简化了操作步骤，节约了算力，且更易于实现模型收敛。
[0025]3、本专利技术使用区别于传统点热源加热方式的线热源，提高了计算效率，简化了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评价加工硬化消减程度的榫槽拉削模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、在有限元仿真软件中构建热力耦合切削仿真模型；热力耦合切削仿真模型包括第一刀具模型(1)、第二刀具模型(2)、第三刀具模型(3)、工件模型(4)和热源模型；第一刀具模型(1)、第二刀具模型(2)、第三刀具模型(3)沿着切削方向依次排列；第二刀具模型(2)和第三刀具模型(3)切削工件模型(4)时的背吃刀量相等；热源模型用于加热工件模型(4)的被切削面；设置仿真约束条件：第一刀具模型(1)和第二刀具模型(2)先后切削工件模型(4)，第三刀具模型(3)固定不动，热源模型不进行加热；步骤二、以步骤一得到的热力耦合切削仿真模型作为初始仿真模型；将初始仿真模型提交运算分析，得到第二刀具模型(2)切削的仿真结果；仿真结果包括第二刀具模型(2)切削工件模型(4)时的切削力，以及工件模型(4)的温度、应力和应变；步骤三、复制出一个初始仿真模型，作为加热仿真模型；对加热仿真模型进行重启动设定，将初始仿真模型的仿真结果作为加热仿真模型的初始状态；重新设置仿真约束条件：第一刀具模型(1)、第二刀具模型(2)和第三刀具模型(3)均固定不动，热源模型对工件模型(4)的被切削表面进行加热；步骤四、将加热仿真模型提交运算分析，得到仿真结果；仿真结果包括工件模型(4)的温度、应力和应变；步骤五、复制出一个加热仿真模型，作为二次仿真模型；对二次仿真模型进行重启动设定，将加热仿真模型的仿真结果作为二次仿真模型的初始状态；重新设置仿真约束条件：第一刀具模型(1)、第二刀具模型(2)均固定不动，第三刀具模型(3)切削工件模型(4)，热源模型不进行加热；步骤六、将二次仿真模型提交运算分析，得到仿真结果；仿真结果包括第三刀具模型(3)切削工件模型(4)时的切削力；步骤七、对比步骤二和步骤六得到的仿真结果，根据切削力的差异，得到线热源模型(5)以当前设定的温度和移动速度对工件被切削表面进行加热所能达到的加工硬化消减程度。2.根据权利要求1所述的一种评价加工硬化消减程度的榫槽拉削模拟方法，其特征在于：步骤一中，第一刀具模型(1)、第二刀具模型(2)和第三刀具模型(3)均设置为刚体。3.根据权利要求1所述的一种评价加工硬化消减程度的榫槽拉削模拟方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙臻，苏忠跃，胡肖彤，倪敬，童康成，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：