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原文传递一种识别超声振动切削扬矿管螺纹中超声软化系数的方法

专利名称：	一种识别超声振动切削扬矿管螺纹中超声软化系数的方法
摘要：	本发明公开了一种识别超声振动切削扬矿管螺纹中超声软化系数的方法，本发明能够区分超声造成的热软化，声软化及超声振动改变应变造成的材料软化或硬化，提供了一种快速准确识别声软化系数的方法，为分析切削过程中的物理现象奠定了基础。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	湖南工学院
发明人：	刘安民;刘伟;陈雪林
专利状态：	有效
申请日期：	2021-10-25T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-04T00:00:00+0800
申请号：	CN202111238512.8
公开号：	CN114137070A
代理机构：	深圳市兴科达知识产权代理有限公司
代理人：	徐民奎
分类号：	G01N29/04;G01N29/44;G;G01;G01N;G01N29;G01N29/04;G01N29/44
申请人地址：	421002 湖南省衡阳市珠晖区衡花路18号
主权项：	1.一种识别超声振动切削扬矿管螺纹中超声软化系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立超声振动下的应力模型；步骤二、开展超声振动直角切削试验，根据应力模型得到超声振动辅助切削中的超声软化系数D。 2.如权利要求1所述的种识别超声振动切削扬矿管螺纹中超声软化系数的方法，其特征在于，所述步骤一包括如下步骤：所述超声振动下的应力模型表示为： σ＝ρcU (28) 其中ρ为材料的密度,U材料内某一点的速度，c为声音在介质中的传播速度，σ表示超声振动下材料的应力；超声密度I表示为：超声振动的角频率表示为： ω＝2πf (30) 材料内某一点的速度表示为 U＝ωξ＝2πfξ (31) 其中ξ为变形位移，等同与超声振动的幅值，f为超声振动的频率；在超声振动下，材料内部的应力σ表示为： σ＝σn(1-DI)e (32) 其中σn为无超声振动下的材料的应力，D表示超声软化系数，e为另外一个超声软化系数，e＝1；然后，超声振动下的应力表示为： σ＝σn(1-4π2f2ξ2Dρc)e (33) 其中超声软化系数D和e为衡量超声振动对应力影响的系数；式(33)表示为： σ＝σn(1-4π2f2ξ2Dρc) (34) 材料的切应力为：超声软化系数D通过比较超声软化下的应力与无超声软化下的应力材料的剪切流动应力表示为： τs,v＝τs,1(1-4π2f2ξ2Dρc) (37) 则超声振动辅助切削中超声软化系数D为 3.如权利要求1所述的种识别超声振动切削扬矿管螺纹中超声软化系数的方法，其特征在于，所述步骤二包括如下步骤：开展超声振动直角切削试验，获得超声振动下的材料剪切流动应力τs,v；开展超声振动直角切削试验，剪切带的应变εv，应变率表示为其中vv为超声振动下的切削速度,Δdv为超声振动下剪切厚度；αv表示超声振动后的刀具有效前角，α表示无超声振动时刀具的前角，φv表示超声振动后的剪切角度；超声振动辅助加工中的进给量fz为： fz＝h+hvsin(2πfvt) (12) 其中hv超声振动的振动幅值,fv超声振动的振动频率,h为常规直角切削加工中进给量；t表示为初始时刻开始到目标时刻的时间；在超声振动辅助切削加工中，未变形切屑厚度与进给量等同，hz为： hz＝fz＝h+hvsin(2πfvt) (13) hz表示超声振动后进给量，即超声振动后刀具的未变形切屑厚度；在无超声震动直角切削过程中，切削速度vt为 vt＝πn1Dr (14) 其中Dr与n1分别为切削过程中材料工件的旋转半径及转速；在超声振动辅助加工中，超声振动引起的在刀具进给方向的速度vv表示为： vv＝2πhvcos(2πfvt) (15) 则，在超声振动切削中，刀具的运动速度为： v＝((vt)2+(vv)2)0.5 (16) 无超声震动直角切削中切削速度与超声切削中的合成速度间的角度θ1为在超声切削中，刀具的有效前角为： αv＝α+θ1 (18) 超声振动辅助加工，剪切角度为： φv＝φ+θ1 (19) 超声振动中剪切带厚度表示为： hz，v表示超声振动后的未变形切屑厚度；超声切削中，剪切角度模型表示为： τs，v表示超声振动后，材料的剪切强度，超声切削中，剪切带的平均温度为： Tr表示切削试验时的室内温度，考虑到超声振动引起的应变，应变率，剪切角度，热软化，温度这些参数的耦合影响，超声振动下的剪切带的流动应力τs，1表示为： Tv，v表示超声振动后剪切带的平均温度；其中，f表示超声振动的频率，ξ表示超声振动的幅值，D表示超声软化系数，在超声切削中的三个方向的平均切削力，切削速度Ftc,v,进给方向Ffc,v切削深度Frc,v分别通过测试获得,切削合力Fc表示为依据最大应力准则，超声切削中的剪切应力表示为： Fs,v＝Fc,vcos45° (25) 依据公式(21)-(26),获得超声振动下的材料剪切流动应力τs,v，无超声软化下的流动剪切应力τs,1；依据公式(27)计算超声振动辅助切削中超声软化系数D：考虑超声的声软化对材料影响，依据超声振动下的应力模型，材料的剪切流动应力表示为： τs,v＝τs,1(1-4π2f2ξ2Dρc) (27) 则计算得到超声振动辅助切削中超声软化系数D为: 4.如权利要求3所述的识别超声振动切削扬矿管螺纹中超声软化系数的方法，其特征在于，还包括步骤三、开展无超声振动下的直角车削试验，得到无超声下材料的流动剪切应力τs；然后根据无超声下材料的流动剪切应力τs和超声振动下的剪切带的流动应力τs，1得到刀具振动运动材料影响系数k：刀具振动运动材料影响系数k即超声振动辅助加工中，超声振动引起应变，应变率，剪切角度，热软化，温度参数对材料应力的影响系数。 5.如权利要求4所述的种识别超声振动切削扬矿管螺纹中超声软化系数的方法，其特征在于，所述步骤三中，无超声下材料的流动剪切应力τs通过如下步骤获得：：无超声振动直角切削实验，切削速度方向的切削力分量Ftc,进给方向的切削力分量Ffc，切削深度方向的切削力分量Frc通过在直角车削中测试获得,则切削合力Fc表示为：依据切削中最大剪切应力准则，剪切应力表示为：. Fs＝Fccos45° (8) 其中，b表示切屑宽度，与切削参数中的切削深度等效；h表示未变形切屑厚度，与切削参数中；根据公式(1-9),获得在无超声下材料的流动剪切应力τs。
所属类别：	发明专利