申请/专利权人：哈尔滨理工大学

申请日：2023-03-21

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN117095773B

主分类号：G16C60/00

分类号：G16C60/00;G06F30/20;G06F119/14;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2023.12.08#实质审查的生效;2023.11.21#公开

摘要：本发明公开了基于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：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；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；S3：基于直角切削实验对本构参数逆向识别修正。本发明综合考虑了切削过程中高温，高应变率的影响，分析粘性效应对切削过程中的影响，为研究切削过程中的粘性效应提供了依据。构建了考虑粘性效应的双相不锈钢本构模型，研究流动应力随应变率的变化规律。解决了已有方法忽略切削过程中的粘性效应从而影响本构模型准确性的问题。

主权项：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FN和剪切面处切削力Fs的合力与刀具-切屑界面的法向力Fn，刀具-切屑界面的摩擦力Ff之和是一对平衡力，切屑形成力FR沿切削方向与垂直于切削方向被分解为Fc和Ft；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：Fc＝FRcosλ-α1Ft＝FRsinλ-α2Ff＝FRsinλ3Fn＝FRcosλ4 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FR与AB的夹角；σAB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；ΔS1为第一变形区两个平行带之间的厚度；剪切角确定后，根据vonMises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： 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Vc和剪切面的材料流动速度Vs： 切削时的摩擦角计算公式为可以得到摩擦系数μ＝tanλ，根据Oxley理论，剪切角和夹角θ满足以下关系： 修正的应变率常数C0考虑了材料应变的影响，其表达式为： 式中：COxley为第一变形区剪切带长宽比；A、B和n分别为JC本构参数；由于剪切应力与温度有关，因此需要迭代计算剪切面AB的温度，直到达到稳态；根据Boothroyd温度模型，平均温度的表达式为： 式中：Tr为工件温度，η为平均温度系数，分析中取0.9；ρw为材料密度；Cw比热容，β为热量分配系数； 式中：Kw为热传导系数；刀具-切屑界面分析：刀具-切屑界面的等效应变和等效应变率为： 式中：htc为刀具-切屑接触长度，可使用剪切面的力矩平衡公式进行计算； 刀具-切屑界面的平均温度Tint表示为：Tint＝Tr+ΔTSZ+ψΔTM19 式中：ψ为修正系数，取为0.6；ΔTM为切屑中的最大温升；ΔTC为切屑中的平均温升；ΔTSZ为第一变形区温升；切屑形成力的求解方法：建立直角切削等分剪切区模型，以材料属性、刀具几何角度以及切削用量作为自变量，在理论计算过程中，根据三个平衡条件进行迭代计算剪切角值、第一变形区剪切带长宽比和第二变形区厚度与切屑厚度的比值，当输出变量满足三个平衡条件时，计算将结束。

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权利要求：

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