一种钨合金电脉冲辅助切削加工用刀具设计方法技术

本发明专利技术涉及一种钨合金电脉冲辅助切削加工用刀具设计方法，首先通过钨合金电脉冲辅助作用下正交拉伸实验，基于原有的

【技术实现步骤摘要】
一种钨合金电脉冲辅助切削加工用刀具设计方法


[0001]本专利技术属于机械切削刀具
，具体涉及一种钨合金电脉冲辅助切削加工用刀具设计方法
。

技术介绍

[0002]钨合金材料得益于其硬度大
、
强度高
、
耐高温
、
受热变形小
、
绝热剪切能力强
、
吸收射线能力强等一系列优异的性能特点，其加工件在核能
、
航空航天和国防科技等尖端科学领域均有重要应用
。
[0003]但钨合金强度硬度高，弹性模量小不易变形，属于典型难加工材料，且加工过程中切削力大
、
切削温度高，刀具极易磨损，导致加工成本高
、
效率低
。
研究表明，电致塑性效应可显著降低金属变形抗力，提高塑性变形能力，促进材料的位错运动，电脉冲辅助切削钨合金可显著减小切削过程中产生的切削力和切削热
。
[0004]但是，目前市面上使用的刀具均没有专门针对钨合金电脉冲辅助切削的，现有使用的标准刀具进行生产难以避免因快速磨损导致的刀具失效等问题，无法满足电塑性加工要求，因此需要对切削刀具进行设计优化
。
[0005]通过对公开专利的检索，发现一篇与本专利申请相似的公开专利文献：
[0006]公开号：
CN112651148A
，专利名称为：一种具有优化功能的三维可视化刀具设计系统及方法的专利技术专利中记载“通过有限元仿真模块得到仿真数据，利用优化模块对刀具参数进行优化，得到最优刀具参数”，虽然该技术方案能够进行刀具的优化设计，但该方案未考虑电参数的影响，应用在钨合金电脉冲辅助加工中刀具设计效果较差
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钨合金电脉冲辅助切削加工用刀具设计方法，解决钨合金切削加工刀具设计制造与实际应用关联弱且刀具易失效等难题，提升钨合金切削加工品质与效率
。
[0008]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种钨合金电脉冲辅助切削加工用刀具设计方法，其特征在于：所述设计方法的步骤为：
[0010]S1、
确定钨合金拉伸试样的形状
、
尺寸并做喷漆处理，使用万能电子试验机和高频脉冲电源对喷漆处理完毕的拉伸试样进行拉伸速度
、
有效电流密度
、
脉冲频率
、
峰值电流密度
、
电压
、
试验温度及表面最大温度的七水平正交单向拉伸试验，测得测量点温度
、
应力及应变值，并获得应力
‑
应变曲线，基于原有的
Johnson
‑
Cook
本构方程和正交实验数据，将钨合金材料通电时的有效脉冲电流值作为考虑因素，修正原有本构方程，使用
Matlab
数值计算软件对应力
‑
应变曲线进行拟合，使得函数图线与试验数据曲线基本吻合，求得式中待确定模型参数，得到钨合金电脉冲辅助作用下流动应力模型；
[0011]S2、
使用
NX12.0
三维建模软件建立不同几何参数的刀具模型，组成刀具模型库，将
刀具模型导入
Deform
有限元仿真软件，在材料设置中使用步骤
S1
中得到的钨合金电脉冲辅助作用下流动应力模型，进行电流参数
、
切削参数与刀具几何参数的八因素正交仿真试验；所述电流参数包括电流密度
J
和脉冲频率
f
，所述切削参数包括切削速度
v
c
、
进给速度
f
v
和切削深度
a
p
，所述刀具几何参数包括倒棱宽度
b
γ
o1
、
倒棱角度
γ
o1
和刀尖圆弧半径
r
；仿真计算得到切削力和刀具磨损量的数据；
[0012]S3、
基于
Minitab
统计学软件和步骤
S2
的八因素正交仿真试验数据建立切削力的一阶线性回归方程及刀具磨损量的二阶响应曲面回归模型，以最小切削力和最小刀具磨损值作为目标函数，通过线性加权法确定评价函数，使用
Matlab
软件中的遗传算法
GA
得到多目标优化结果，设置对照试验验证优化结果的优越性，最终得到最优钨合金电脉冲辅助切削用刀具的几何参数，完成刀具设计
。
[0013]而且，所述步骤
S1
中喷漆处理具体为：选用耐高温自喷漆，对钨合金拉伸试样进行正
、
反双面喷涂，自然晾干后进行二次喷涂
。
[0014]而且，所述步骤
S1
中钨合金电脉冲辅助作用下流动应力模型为：
[0015][0016]其中：其中：为体现脉冲电流对材料流动应力影响的作用式；
[0017]J
为有效电流密度，
f
为脉冲频率；
[0018]为等效应变，为等效塑性应变率，为参考应变速率，取
0.0008s
‑1；
[0019]为无量纲温度；
[0020]T
为材料温度，
T
r
为室温；
[0021]T
m
为软化温度，计算为
93W
‑
4.9Ni
‑
2.1Fe
钨合金的
T
m
＝
1457℃
；
[0022]A
为参考应变率和参考温度下的初始屈服应力，
B
和
n
为材料应变硬化模量和硬化指数，
C
为材料应变率强化参数，
m
为材料热软化指数，
a、b
为模型特征参数
。
[0023]而且，所述步骤
S2
中刀具几何参数具体为：倒棱宽度
b
γ
o1
：
0.1
～
0.2mm
；倒棱角度
γ
o1
：
20
～
30
°
；刀尖圆弧半径
r
：
0.4
～
1.2mm。
[0024]而且，所述步骤
S3
中设置对照试验验证具体为：记录电参数
、
切削参数和刀具几何形状参数优化后的预测值，使用相同参数进行钨合金电脉冲辅助作用下干式切削试验，测量切削过程中的切削力与刀具磨损值，对比优化后的预测值，如误差保持在可接受范围内，说明设计方法的准确性；同时设立切削经验值组作为参照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钨合金电脉冲辅助切削加工用刀具设计方法，其特征在于：所述设计方法的步骤为：
S1、
确定钨合金拉伸试样的形状
、
尺寸并做喷漆处理，使用万能电子试验机和高频脉冲电源对喷漆处理完毕的拉伸试样进行拉伸速度
、
有效电流密度
、
脉冲频率
、
峰值电流密度
、
电压
、
试验温度及表面最大温度的七水平正交单向拉伸试验，测得测量点温度
、
应力及应变值，并获得应力
‑
应变曲线，基于原有的
Johnson
‑
Cook
本构方程和正交实验数据，将钨合金材料通电时的有效脉冲电流值作为考虑因素，修正原有本构方程，使用
Matlab
数值计算软件对应力
‑
应变曲线进行拟合，使得函数图线与试验数据曲线基本吻合，求得式中待确定模型参数，得到钨合金电脉冲辅助作用下流动应力模型；
S2、
使用
NX12.0
三维建模软件建立不同几何参数的刀具模型，组成刀具模型库，将刀具模型导入
Deform
有限元仿真软件，在材料设置中使用步骤
S1
中得到的钨合金电脉冲辅助作用下流动应力模型，进行电流参数
、
切削参数与刀具几何参数的八因素正交仿真试验；所述电流参数包括电流密度
J
和脉冲频率
f
，所述切削参数包括切削速度
v
c
、
进给速度
f
v
和切削深度
a
p
，所述刀具几何参数包括倒棱宽度
b
γ
o1
、
倒棱角度
γ
o1
和刀尖圆弧半径
r
；仿真计算得到切削力和刀具磨损量的数据；
S3、
基于
Minitab
统计学软件和步骤
S2
的八因素正交仿真试验数据建立切削力的一阶线性回归方程及刀具磨损量的二阶响应曲面回归模型，以最小切削力和最小刀具磨损值作为目标函数，通过线性加权法确定评价函数，使用
Matlab
软件中的遗传算法
GA
得到多目标优化结果，设置对照试验验证优化结果的优越性，最终得到最优钨合金电脉冲辅助切削用刀具的几何参数，完成刀具设计
。2.
根据权利要求1所述的钨合金电脉冲辅助切削加工用刀具设计方法，其特征在于：所述步骤
S1
中喷漆处理具体为：选用耐高温自喷漆，对钨合金拉伸试...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光军，于志威，王建肖，贾熊飞，刘杰，黄佳帅，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学中国职业培训指导教师进修中心，
类型：发明
国别省市：