一种断续切削条件下陶瓷刀具切削参数优化方法

摘要

一种断续切削条件下陶瓷刀具切削参数优化方法，包括以下步骤：确定陶瓷刀具的参数；确定陶瓷刀具微观破坏的初始状态值和临界状态值；确定工件材料的参数；在有限元仿真软件中设定刀具及工件的几何形状，并导入刀具材料、工件材料的各项相关参数；通过正交实验设计方法确定有限元仿真过程中所采用的切削参数组合；对最大损伤当量应力值进行计算；选定取值最小的切削参数组合。本发明考虑了刀具微观破坏状态、外部载荷对刀具失效的影响，同时结合了正交试验设计方法，切削参数组合的优化精度更高；对切削参数组合进行优化，大大降低了切削参数优化成本；可广泛应用于各种断续切削条件下切削参数组合的优化，并最终达到提高刀具寿命的目的。

主权项

一种断续切削条件下陶瓷刀具切削参数优化方法，其特征在于：包括以下步骤，（1）、首先确定陶瓷刀具的各项宏观物理性能参数、微观结构参数；（2）、通过理论计算方法，确定陶瓷刀具微观破坏的初始状态值和临界状态值；（3）、确定工件材料的物理性能参数、Johnson‑Cook本构模型参数；（4）、在有限元仿真软件中设定刀具及工件的几何形状，并导入刀具材料、工件材料的各项相关参数；（5）、根据实际加工条件，通过正交实验设计方法确定有限元仿真过程中所采用的切削参数组合，并进行切削仿真；（6）、依据有限元仿真结果，确定刀具应力分布；（7）、将刀具微观破坏与刀具应力分布相结合，对不同切削参数组合下刀具的最大损伤当量应力值进行计算；（8）、对比刀具的最大损伤当量应力值，取值最小的切削参数组合即为可获取最高的刀具寿命的最优选择；所述步骤（1）具体为：通过查阅文献或通过材料性能以及微观结构的测试和计算，确定刀具材料的密度ρ 、弹性模量E 、泊松比ν 、比热C_t 、热导率λ_t 、摩擦系数μ 、气孔率P 、粒径d ；所述步骤（2）具体为：依据连续介质损伤力学，将多轴应力向单轴应力转化，通过推导计算可获得陶瓷刀具材料损伤值表达式：其中D为刀具材料损伤值；P 为刀具材料的气孔率；c为刀具材料初始微裂纹长度的一半，认为初始微裂纹长度与刀具材料粒径d 相等；对于κ 有κ =[(3‑ν )/(1+ν )]；角度θ 取为π /4；μ 为可通过实验获取的刀具材料的摩擦系数；对于l^*有l^*=0.27c ；对于l^**有l^**=0.083c ；w 为微裂纹间距离的一半，并可认为其值为2倍的初始微裂纹长度；l 为张开裂纹长度；陶瓷刀具微观破坏的初始状态值为张开裂纹长度l 为零时的损伤值D _i，陶瓷刀具微观破坏的临界状态值用损伤值D _c代表，其值在区间0.2~0.5内取值。