专利名称：一种用仿真技术优选陶瓷刀具切削参数的方法
技术领域：
本发明涉及切削加工方法，特别是涉及一种用仿真技术优选陶瓷刀具切削参数的方法，该方法对优选陶瓷刀具切削参数及寿命预测。
背景技术：
陶瓷刀具优良的力学性能与高温性能，对车削、铣削加工铸铁、淬硬钢等材料实现了绿色切削。陶瓷刀具材料拥有优异特性，应用到数控切削加工领域具有重要的实际意义。在切削加工中选用陶瓷刀具需解决的重要问题是如何减小切削刃的磨损以提高寿命达到高精度、高质量的加工表面。研究表明陶瓷刀具磨损不仅会降低切削表面质量而且会大大的提高切削力，变化的切削力会使刀具运动不规则，从而降低了工件表面的加工精度。形成的磨损机理是在高温、高机械应力作用下陶瓷刀具材料的蠕变行为使裂纹生长和扩展，最终导致失效。 刀具材料在满足加工材料同时，主要存在不同的被加工材料，如何选用切削用量(切削速度K、进给量八切削深度a >以提高刀具寿命，减少刀刃磨损，达到确定切削参数的选择顺序。多年来尽管陶瓷刀具在数控加工领域发挥重要作用，由于陶瓷刀具的温度场和应力场难以测量计算，在给定切削用量条件下，工件与刀具之间产生的温度场和应力场引起切削刃磨损、耐用度下降的作用行为以及切削不同材料不能提供最佳的切削参，造成陶瓷刀具的不合理使用，增加了加工成本。近年来用数值仿真技术分析刀具材料表面的温度场和应力场对评价刀具的寿命及可靠性诊断是解决刀具合理使用及提高耐用度的有效手段之一。早期的切削模拟大多使用Lagrange和Eulerian算法，当今较多使用了 ALE和SPH算法，但仅限于建立金属刀具的应力场和温度场模拟分析。本专利依据实际切削数据所给出的陶瓷刀具寿命模型表明了进给量对陶瓷刀具寿命影响最大，切削速度属次要位置，切削深度变化对刀具寿命影响较小的三者之间关系。综合Lagrange和ALE算法对陶瓷刀具切削加工过程建立相关动态的温度应力场，用二维模拟在假设切削深度大于等于进给量的10倍，进而减少模拟过程的复杂性，使忽略切削深度影响的条件下，模拟优选出的切削数据(切削速度、进给量、切削深度)更加准确，提供了评价陶瓷刀具可靠性的技术方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用仿真技术优选陶瓷刀具切削参数的方法，该方法通过综合使用Lagrange和ALE算法对陶瓷刀具的失效位置评价，优选出陶瓷刀具切削参数及寿命预测，诊断切削条件预测工件加工过程的刀刃磨损降到最小，进而延长了陶瓷刀具的使用寿命。本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种用仿真技术优选陶瓷刀具切削参数的方法，所述方法包括以下过程
I)通过实验计算得到工件的Johnson-Cook流变模型；2)通过实验计算得到陶瓷刀具相关的性能数据；
3)将数据输入到Deform软件中，使用瞬态有限元模拟的方法获得被加工工件切削长度时候的温度场和应力场分布，然后使用瞬态模拟方法得到切削达到稳态时的温度场和应力场，通过对比切削条件下的温度场和应力场优选出陶瓷刀具的切削条件。所述的一种用仿真技术优选陶瓷刀具切削参数的方法，其所述方法分别用瞬态和稳态模拟出切削过程中稳态温度应力场分布。所述的一种用仿真技术优选陶瓷刀具切削参数的方法，其所述方法瞬态模拟使用拉格朗日算法，稳态模拟中使用ALE算法。具体步骤为
1)通过查阅相关文献及实验计算分别得到适应工件的Johnson-Cook流变模型和物理性能参数，所需要的物理参量如表I所示。借助查阅到具体工件的Johnson-Cook流变模型，可以通过流变机得到工件的流变曲线，然后将获得的流变数据带入公式(1)，通过数学拟合确定各个参数，即可得到其流变模型，具体的拟合算法可根据选定条件分析。
权利要求
1.一种用仿真技术优选陶瓷刀具切削参数的方法，其特征在于，所述方法包括以下过程1、1)通过实验计算得到工件的Johnson-Cook流变模型； 2)通过实验计算得到陶瓷刀具相关的性能数据； 3)将数据输入到Deform软件中，使用瞬态有限元模拟的方法获得被加工工件切削长度时候的温度场和应力场分布，然后使用瞬态模拟方法得到切削达到稳态时的温度场和应力场，通过对比切削条件下的温度场和应力场优选出陶瓷刀具的切削条件。
2.根据权利要求I所述的一种用仿真技术优选陶瓷刀具切削参数的方法，其特征在于，所述方法分别用瞬态和稳态模拟出切削过程中稳态温度应力场分布。
3.根据权利要求I所述的一种用仿真技术优选陶瓷刀具切削参数的方法，其特征在于，所述方法瞬态模拟使用拉格朗日算法，稳态模拟中使用ALE算法。
全文摘要
一种用仿真技术优选陶瓷刀具切削参数的方法，涉及切削加工方法，通过实验和计算得到工件的流变数据和物理参数刀具物理参数，用有限元软件先后使用瞬态和稳态模拟得到陶瓷刀具的温度场和应力场。经过分析不同切削条件下刀刃的温度场和应力场分布，确定最优的切削参数。本发明使用了瞬态和稳态结合的方法，数据更准确，对合理使用陶瓷刀具，提高陶瓷刀具寿命，确定了不同工件材料的精加工、半精加工、粗加工所对应的重要切削参数(切削速度v、进给量f、切削深度αP)。在满足切削条件、延长陶瓷刀具使用寿命、提高加工质量、降低加工成本等方面起到显著作用。
文档编号G06F17/50GK102902855SQ201210368239
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者马伟民, 陈响, 马雷, 李 权, 张倩, 赵翔 申请人:沈阳化工大学