CN114429065B - 基于有限元的微铣削过程后刀面接触材料回弹标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于有限元的微铣削过程后刀面接触材料回弹标定方法，该方法首先通过建立直角切削条件下的切削仿真；然后根据经验公式计算得出的摩擦力系数计算得出进给方向摩擦力f；接着将所得f与仿真得到的进给方向上的切削力T整合，确定其产生明显分离的时间点，并将此时间点对应法向切削力作为排除堆积影响后的法向切削力进行提取；最后多次改变进给量，重复上述步骤，得到法向切削力与每齿进给量即未变形切屑厚度的关系曲线，选取法向切削力增幅变化临界点作为回弹临界高度，当未变形切屑厚度小于此临界高度时，后刀面接触材料回弹量等于未变形切屑厚度，当未变形切屑厚度大于此临界高度时，回弹量等于回弹临界高度。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料回弹标定方法，特别涉及一种基于有限元的针对微铣削过程后刀面接触材料的方法。
背景技术
文献1“M.Malekian,S.S.Park,M.B.G.Jun,Modeling of dynamic micro-millingcutting forces,International Journal of Machine Tools and Manufacture 49(2009)586–598.”公开了一种基于压痕实验的标定方法。该方法采用锥形型压头，在静态下沿表面垂直方向对材料表面进行挤压，测量材料回弹高度。但该方法并未考虑切削过程摩擦力等因素的影响，测量结果与切削过程中的结果有一定误差，在微铣削条件下，此误差较大，难以应用到微铣削过程阻尼建模等需要对刀尖钝圆附近材料流动情况精确考虑的模型中。
文献2“Z.J.Peng,T.Wen,J.H.Gong,C.B.Wang,Z.Q.Fu,H.Z.Miao,Relationshipbetween the ratio of young’s modulus to hardness and the elastic recovery ofnanoindentation,in:Key Engineering Materials,Vol.492,2012,pp.5–8.”公开了一种基于杨氏模量与材料硬度建立关系式求解材料卸载过程回弹率的方法。该方法通过建立多项式来描述纳米级压痕卸载阶段过程。但该方法未考虑切削过程中切削参数变化带来的影响，在微铣削条件下使用其多项式计算结果偏大，难以应用。
以上文献的典型特点是：建立的都是非切削条件下的回弹模型，从而对于需要精确考虑回弹变化的微切削过程效果不佳。
发明内容
要解决的技术问题
为了克服现有的对微切削过程后刀面接触材料回弹量标定效果不佳的问题，本发明提供了一种基于有限元的微铣削过程后刀面接触材料回弹标定方法。
技术方案
一种基于有限元的微铣削过程后刀面接触材料回弹标定方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：假设在极低进给量下，材料能产生完全的弹性变形，使用有限元方法对选定每齿进给量下的直角切削过程进行仿真，得到随时间变化的切削力曲线图；
步骤2：根据仿真结果初始段切向切削力Ft与径向切削力Fr计算得出相应材料下摩擦系数K，计算式如下：
步骤3：将步骤1所得法向切削力与步骤2所得摩擦系数相乘，得到直角切削进给方向上的摩擦力；
步骤4：将步骤3中所得摩擦力与步骤1所得沿进给方向切削力进行对比，标定出摩擦力与进给方向切削力出现明显分离的时间点；
步骤5：将步骤4所标定时间点对应法向切削力作为此每齿进给量下排除堆积影响下的法向切削力；
步骤6：改变直角切削仿真过程每齿进给量，重复步骤1-5；
步骤7：建立排除堆积影响后法向切削力与对应每齿进给量即未变形切屑厚度的关系曲线；
步骤8：根据步骤7所得曲线，选择法向切削力增幅变化临界点作为回弹临界高度，当未变形切屑厚度小于此临界高度时，后刀面接触材料产生完全的弹性变形，回弹量等于未变形切屑厚度。当未变形切屑厚度大于此临界高度时，后刀面接触材料开始产生塑性变形，回弹量等于回弹临界高度。
优选地：步骤6中的进给量为0.1μm、0.12μm、0.14μm、0.16μm、0.18μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm或0.7μm。
有益效果
本发明提出的一种基于有限元的微铣削过程后刀面接触材料回弹标定方法，该方法首先通过建立直角切削条件下的切削仿真；然后根据经验公式计算得出的摩擦力系数计算得出进给方向摩擦力f；接着将所得f与仿真得到的进给方向上的切削力 T整合，确定其产生明显分离的时间点，并将此时间点对应法向切削力作为排除堆积影响后的法向切削力进行提取；最后多次改变进给量，重复上述步骤，得到法向切削力与每齿进给量即未变形切屑厚度的关系曲线，选取法向切削力增幅变化临界点作为回弹临界高度，当未变形切屑厚度小于此临界高度时，后刀面接触材料回弹量等于未变形切屑厚度，当未变形切屑厚度大于此临界高度时，回弹量等于回弹临界高度。本发明实现了对切削过程下后刀面接触材料回弹的准确标定，从而对微铣削条件下过程阻尼建模等需要精确考虑切削过程材料流动情况的模型提供了重要依据。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1是本发明方法实施例中仿真过程原理说明图。
图2是本发明方法实施例中提取排除堆积影响的法向力示意图。
图3是本发明方法实施例中法向力与未变形切屑厚度关系仿真结果图。
图4是本发明方法实施例中实验结果与仿真结果对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在三轴数控加工平台上测试本发明提出的方法。切削过程每齿进给量选择参数为： 1μm、2μm、5μm、10μm，通过提取不同进给量下切削力与未变形切屑厚度的关系曲线，验证仿真结果。实验选用刀具参数如表1所示：
表1刀具参数表
选用径向切深0.75mm，轴向切深0.2mm，被切削材料为AL7050。本发明中的仿真过程在DEFORM Integrated 2D3D中实现。
本发明一种基于有限元的微铣削过程后刀面接触材料回弹标定方法具体步骤如下：
步骤1、使用有限元方法对选定每齿进给量下的直角切削过程进行仿真，得到随时间变化的切削力曲线图，并假设在极低进给量下，材料能产生完全的弹性变形，如图1(a)所示，随着进给量增加，回弹量达到临界值并如图1(b)所示。
步骤2、根据仿真结果初始段切向切削力Ft与径向切削力Fr计算得出相应材料下摩擦系数K，计算式如下：
步骤3、将步骤1所得法向切削力与步骤2所得摩擦系数相乘，得到直角切削进给方向上的摩擦力：
步骤4、由于直角切削仿真过程受到如图1(c)所示堆积影响，将步骤3中所得摩擦力与步骤1所得沿进给方向切削力进行对比，标定出摩擦力与进给方向切削力出现明显分离的时间点，如图2所示。
步骤5、将步骤4所标定时间点对应法向切削力作为此每齿进给量下排除堆积影响下的法向切削力。
步骤6、改变直角切削仿真过程每齿进给量(如：0.1μm，0.12μm，0.14μm，0.16μm，0.18μm，0.2μm，0.3μm，0.4μm，0.5μm，0.6μm，0.7μm)，重复步骤1-5。
步骤7、建立排除堆积影响后法向切削力与对应每齿进给量即未变形切屑厚度的关系曲线。
步骤8、根据步骤7所得曲线，选择法向切削力增幅变化临界点作为回弹临界高度，当未变形切屑厚度小于此临界高度时，后刀面接触材料产生完全的弹性变形，回弹量等于未变形切屑厚度。当未变形切屑厚度大于此临界高度时，后刀面接触材料开始产生塑性变形，回弹量等于回弹临界高度。
可以看出，本实例由于在切削过程中对后刀面接触材料的回弹进行了仿真，因此能够更准确的对切削过程下后刀面接触材料的流动情况进行描述，对更精准的构建微铣削条件下刀尖钝圆附近材料流动与分离的模型具有重要意义。
图3为法向切削力与未变形切屑厚度关系仿真结果图，图4为实验与仿真结果对比图，可以看出仿真标定出回弹临界点为0.2μm，实验结果与仿真结果吻合良好，说明了本方法的准确性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于有限元的微铣削过程后刀面接触材料回弹标定方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：假设在极低进给量下，材料能产生完全的弹性变形，使用有限元方法对选定每齿进给量下的直角切削过程进行仿真，得到随时间变化的切削力曲线图；
步骤2：根据仿真结果初始段切向切削力Ft与径向切削力Fr计算得出相应材料下摩擦系数K，计算式如下：
步骤3：将步骤1所得法向切削力与步骤2所得摩擦系数相乘，得到直角切削进给方向上的摩擦力；
步骤4：将步骤3中所得摩擦力与步骤1所得沿进给方向切削力进行对比，标定出摩擦力与进给方向切削力出现明显分离的时间点；
步骤5：将步骤4所标定时间点对应法向切削力作为此每齿进给量下排除堆积影响下的法向切削力；
步骤6：改变直角切削仿真过程每齿进给量，重复步骤1-5；
步骤7：建立排除堆积影响后法向切削力与对应每齿进给量即未变形切屑厚度的关系曲线；
步骤8：根据步骤7所得曲线，选择法向切削力增幅变化临界点作为回弹临界高度，当未变形切屑厚度小于此临界高度时，后刀面接触材料产生完全的弹性变形，回弹量等于未变形切屑厚度，当未变形切屑厚度大于此临界高度时，后刀面接触材料开始产生塑性变形，回弹量等于回弹临界高度。
2.根据权利要求1所述的基于有限元的微铣削过程后刀面接触材料回弹标定方法，其特征在于：步骤6中的进给量为0.1μm、0.12μm、0.14μm、0.16μm、0.18μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm或0.7μm。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1308223A2 (de) * | 2001-11-05 | 2003-05-07 | SCHÜCO International KG | Verfahren zur Simulation eines 3-Walzen-Profilbiegens |
| CN101482403A (zh) * | 2009-02-19 | 2009-07-15 | 湖南大学 | 一种基于有限元方法的确定薄板冲压件测量点云在回弹前位置的方法 |
| JP2009271806A (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Phifit Kk | 有限要素解析方法、塑性加工シミュレータ及び記録媒体 |
| CN101840457A (zh) * | 2010-05-07 | 2010-09-22 | 上海交通大学 | 大尺寸枞树型叶根轮槽型面残余应力场重构的方法 |
| CN106709148A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-24 | 中国商用飞机有限责任公司 | 大尺寸带台阶薄壁件的滚弯‑铣削过程的有限元仿真方法 |
| CN113400092A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-09-17 | 西北工业大学 | 考虑材料堆积的金属切削力预测方法 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1308223A2 (de) * | 2001-11-05 | 2003-05-07 | SCHÜCO International KG | Verfahren zur Simulation eines 3-Walzen-Profilbiegens |
| JP2009271806A (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Phifit Kk | 有限要素解析方法、塑性加工シミュレータ及び記録媒体 |
| CN101482403A (zh) * | 2009-02-19 | 2009-07-15 | 湖南大学 | 一种基于有限元方法的确定薄板冲压件测量点云在回弹前位置的方法 |
| CN101840457A (zh) * | 2010-05-07 | 2010-09-22 | 上海交通大学 | 大尺寸枞树型叶根轮槽型面残余应力场重构的方法 |
| CN106709148A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-24 | 中国商用飞机有限责任公司 | 大尺寸带台阶薄壁件的滚弯‑铣削过程的有限元仿真方法 |
| CN113400092A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-09-17 | 西北工业大学 | 考虑材料堆积的金属切削力预测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 基于三维多相有限元的CFRP细观切削机理研究;齐振超;刘书暖;程晖;孟庆勋;李原;;机械工程学报;20160708(15);全文 * |
| 微细铣削力对毛刺尺寸的影响规律研究;孙秋莲;程祥;杨先海;郑光明;刘原勇;赵国勇;;工具技术;20180520(05);全文 * |
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