基于制造技术

本发明专利技术公开了基于

【技术实现步骤摘要】
基于Oxley理论建立直角切削等分剪切区模型表征方法
[0001]本申请为申请号
202310282401.X
，申请日
2023
年
03
月
21
日，申请时专利技术名称为“一种双相不锈钢粘性本构模型构建方法”的分案申请
。


[0002]本专利技术属于双相不锈钢粘性本构模型构建
，具体涉及基于
Oxley
理论建立直角切削等分剪切区模型表征方法
。

技术介绍

[0003]高速切削中，材料经历了大应变
、
高应变率
、
高温的过程，需要考虑粘性行为对材料塑性变形过程的影响，而已有的本构模型忽略了粘性效应对切削过程的影响
。
[0004]由于需要确定的本构参数较多和研究手段的局限性，早期多使用有限元法和霍普金森压杆实验法对本构参数进行分析研究
。
两种方法虽然可以获得材料的本构方程，但是前者需要进行大量的计算
、
耗费大量时间；后者只能研究金属在应变率为
103‑
104s
‑1的本构关系，且实验数据可靠性和实验条件适应性很难完全保证
。
[0005]已有的本构参数获取方法难以揭示材料在切削过程中的高应变率条件下的粘性行为，因此本专利技术针对上述问题，分析高应变率条件下双相不锈钢的粘性效应，基于两相的粘性效应以及混合法则建立
S32760
双相不锈钢的本构方程
。r/>提出一种基于切削理论，适用于高应变率条件下的本构参数逆向识别方法，揭示双相不锈钢在高应变率条件下的粘性行为
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供基于
Oxley
理论建立直角切削等分剪切区模型表征方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于
Oxley
理论建立直角切削等分剪切区模型表征方法，包括如下步骤：
[0008]S1
：从微观位错角度分析奥氏体相与铁素体相的粘性行为，基于两相的粘性效应以及混合法则建立
S32760
双相不锈钢的粘性本构模型；
[0009]S2
：基于
Oxley
理论建立直角切削等分剪切区模型，对切削过程中多物理场分布进行预测；
[0010]S3
：基于直角切削实验对本构参数逆向识别修正
。
[0011]1.
直角切削等分剪切区表征方法：
[0012](1)
在平面应变与稳态切削条件下，建立了直角切削工艺变量与输出变量之间的理论关系，表征直角切削等分剪切区切削力分布状态如图2所示，
FEBA
与
ABCD
分别为等分剪切区的上半部分与下半部分，
AG
为刀具
‑
切屑接触长度，表示为
h
tc
。
[0013](2)
剪切面分析
[0014]根据剪切面和刀具
‑
切屑界面的平衡条件，各切削分量和切屑厚度
t2可通过以下
公式求得：
[0015]F
c
＝
F
R cos(
λ
‑
α
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0016]F
t
＝
F
R sin(
λ
‑
α
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0017]F
f
＝
F
R sin
λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018]F
n
＝
F
R cos
λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0019][0020][0021]式中：
α
为刀具前角；为剪切角；
λ
为摩擦角；
t1为未变形切屑厚度；
w
为切削宽度；
θ
为
F
R
与
AB
的夹角；
σ
AB
表示剪切面平均流动应力
。
[0022]第一变形区任一质点速度与剪切区平均剪切应变速率关系：
[0023][0024]式中：
V
为直角切削速度；
Δ
S1为第一变形区两个平行带之间的厚度
。
[0025]剪切面
AB
处任一质点的等效应变和等效应变率为：
[0026][0027][0028]根据图2的速度矢量关系可得切屑材料流动速度
V
c
和剪切面的材料流动速度
V
s
：
[0029][0030]剪切角和夹角
θ
满足以下关系：
[0031][0032]C0为修正的应变率常数，其表达式为：
[0033][0034]式中：
C
Oxley
为第一变形区剪切带长宽比；
A、B
和
n
分别为
JC
本构参数
。
[0035]剪切面
AB
的平均温度表达式为：
[0036][0037]式中：
T
r
为工件温度，
η
为平均温度系数，分析中取
0.9
；
ρ
w
为材料密度；
C
w
比热容，
β
为热量分配系数
。
[0038][0039][0040]式中：
K
w
为热传导系数
。
[0041](3)
刀具
‑
切屑界面分析
[0042]刀具
‑
切屑界面的等效应变和等效应变率为
[0043][0044][0045]式中：
h
tc
为刀具
‑
切屑接触长度
。
[0046][0047]刀具
‑
切屑界面的平均温度
T
int
表示为：
[0048]T
int
＝
T
r
+
Δ
T
SZ
+
ψΔ
T
M
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0049][0050][0051]式中：
ψ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于
Oxley
理论建立直角切削等分剪切区模型表征方法，其特征在于，对切削过程中多物理场分布进行预测，在平面应变与稳态切削条件下，建立了直角切削工艺变量与输出变量之间的理论关系，包括剪切面分析：剪切面处的法向力
F
N
和剪切面处切削力
F
s
的合力与刀具
‑
切屑界面的法向力
F
n
，刀具
‑
切屑界面的摩擦力
F
f
之和是一对平衡力，切屑形成力
F
R
沿切削方向与垂直于切削方向被分解为
F
c
和
F
t
；通过剪切面和刀具
‑
切屑界面的平衡条件可以求解出切削力值，从而各切削分量和切屑厚度
t2可通过以下公式求得：
F
c
＝
F
R
cos(
λ
‑
α
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)F
t
＝
F
R
sin(
λ
‑
α
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)F
f
＝
F
R
sin
λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)F
n
＝
F
R
cos
λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)(4)
式中：
α
为刀具前角；为剪切角；
λ
为摩擦角；
t1为未变形切屑厚度；
w
为切削宽度；
θ
为
F
R
与
AB
的夹角；
σ
AB
表示剪切面平均流动应力；
Oxley
模型中第一变形区任一质点速度与剪切区平均剪切应变速率存在以下关系：式中：
V
为直角切削速度；
Δ
S1为第一变形区两个平行带之间的厚度；剪切角确定后，根据
von Mises
应力屈服准则，剪切面
AB
处任一质点的等效应变和等效应变率可用下式表示：效应变率可用下式表示：由式
(9)
可知，应变率随切削速度的增大而增大，在切削速度已知的情况下，应变率可以通过切削速度得到，进而可以通过切削速度控制应变率，实现高应变率条件下粘性行为的研究；假定剪切变形都在剪切面上发生，工件通过剪切变形变成了切屑，原本随刀具运动的工件材料由于切削速度的增加，导致工件迅速经过剪切区变成切屑，根据速度矢量关系可以求得切屑材料流动速度
V
c

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琳，刘佳良，张湘媛，张为，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：