一種陶瓷刀具溝槽磨損預測的方法技術

本發明專利技術公開了一種陶瓷刀具溝槽磨損預測的新方法，屬于金屬高速切削領域。該模型預測方法步驟包括：檢測難加工材料被加工表面硬化層深度；進行難加工材料陶瓷刀具高速加工實驗，獲得并定量測量對應刀具溝槽磨損邊界；通過測量分析，獲得溝槽磨損寬度和深度數據；通過多元線性回歸方法獲取溝槽磨損寬度和硬化深度的關系；建立溝槽磨損寬度和深度之間的微分關系；最后建立溝槽磨損深度和硬化層厚度之間的對應關系。由于本發明專利技術中在預測陶瓷刀具溝槽磨損時考慮了被加工表面的硬化層深度，從而更加接近真實的加工狀況，提高了溝槽磨損預測的準確性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于數控車削加工領域，更具體地，涉及一種用于陶瓷刀具車削加工時的溝槽磨損預測的方法。
技術介紹
對于金屬切削加工領域而言，難加工材料具備明確的含義，即指包括鎳基高溫合金、高錳鋼、鈦合金、鐵基高溫合金、稀有難溶金屬、超高強度鋼、復合材料等在內的金屬材料，具體而言，金屬材料切削加工性能的好壞，主要是從切削時的刀具耐用度、已加工表面的質量以及切削形成和排除的難易程度三個方面來衡量。通常所說的難加工材料譬如高強度鋼、鈦合金、高錳鋼以及鎳基高溫合金等，這些材料在多個制造加工領域獲得了頻繁運用，其中的鎳基高溫合金在航空、航天領域尤其是航空發動機內的葉輪上應用得十分廣泛，因此正日益成為近來學術界的研究熱點所在。由于難加工材料一般具備導熱系數低、熱硬強度高、切削變形系數大以及加工硬化嚴重等物理特性，所以目前針對難加工材料的高速切削加工還是一個國際難題。陶瓷刀具的出現使得高速切削難加工材料成為可能，由于切削量大，影響廣，它常常適用于粗加工，能極大的提高材料去除率并提高加工效率，因此在目前的技術條件下使用陶瓷刀具是實現高切除率金屬切削最有效的加工方法之一。陶瓷刀使用精密陶瓷高壓研制而成一種新型切削刀具，目前常用于難加工材料切削的一般指氧化鋁、氮化硅、氧化鋯等陶瓷刀具。對于難加工材料的切削加工而言，陶瓷刀具切削的效率遠遠高于常規的硬質合金刀片切削方法。然而目前在難加工材料加工領域，陶瓷刀具由于其使用壽命短，應用得還不是很廣泛，而且對于陶瓷刀具高速車削中的磨損機理，更是沒有系統的、準確的預測方法。現有的陶瓷刀具磨損預測一般以刀具的側刃磨損為主，缺少對陶瓷刀具高速車削鎳基高溫合金的溝槽磨損預測模型。目前對圓刀片的磨損模型研究是基于Kasim,Mohd?Shahir等人于2013年文章中所提出的磨損位置預測(Wear?mechanism?and?notch?wear?location?prediction?model?in?ball?nose?end?milling?of?Inconel?718，Wear?2013，302：1171–1179)，目前暫時缺少對陶瓷刀具溝槽磨損區域形狀的預測模型，相應地，不能夠為陶瓷刀具高速車削男技工材料提供刀具壽命的預測指導工作。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種基于加工硬化現象對圓形刀片溝槽磨損的預測模型，其目的在于更好的預測圓形刀片切削難加工材料時的溝槽磨損，由此能夠為陶瓷刀具高效切削鎳基高溫合金的磨損情況提供有效指導。為實現上述目的，按照本專利技術的一個方面，提供了一種陶瓷刀具溝槽磨損預測的方法，其特征在于包括如下步驟：(1)檢測難加工材料被加工表面硬化層深度t；進行難加工材料陶瓷刀具高速加工實驗，獲得并定量測量對應刀具溝槽磨損邊界；(2)通過重復所述步驟(1)，對所獲得的刀具溝槽磨損邊界進行多次的測量分析，獲得刀具溝槽磨損寬度w、磨損深度d在不同硬化層深度t的數據；通過多元線性回歸方法獲取溝槽磨損寬度w和硬化層深度t的關系；(3)建立溝槽磨損寬度w和深度d之間的微分關系；由所述步驟(2)中獲取的w和硬化層深度t的關系與溝槽磨損寬度w和深度d的關系，建立溝槽磨損深度d和硬化層厚度t之間的對應關系，由此，在獲知硬化層深度t的數值的情況下，即可預測出溝槽磨損深度d。進一步地，所述刀具溝槽磨損邊界為弧線形。進一步地，所述步驟(2)中通過多元線性回歸方法獲取的溝槽磨損寬度w和硬化層深度t的關系為t＝0.99*w+0.17???(Ⅰ)。進一步地，所述弧線形溝槽的半徑r與磨損寬度w和深度d的關系為：r2=(w2)2+(r-d)2---(II)]]>進一步地，所述步驟(3)中的建立溝槽磨損寬度w和深度d之間的微分關系的過程如下：所述弧線形溝槽的面積為：S=(A2d)2(arcsin(CA)-BCA2).---(III)]]>其中：A=d2+(w2)2,B=d2-(w2)2,]]>C＝wddddd=dSdd/dSdd=D(w)D(d)=Aw4d2(arcsin(CA)-BCA2)+A4d-Bd-Cw/24d2+Bw24AdAB2d3(arcsin(CA)-BCA2)-Aw4d2-Bw+2Cd4d2+BCAd---(IV)]]>代入所述公式(Ⅰ)，最終得到d＝-T(t-t0)+Q???(Ⅴ)，其中T、Q、t0為常系數。通過本專利技術的用于陶瓷刀具溝槽磨損預測的新方法，由于定量化硬化層深度在溝槽磨損中的影響，因此本方法能更準確的預測陶瓷刀具車削難加工材料過程中的溝槽磨損深度；此外，由于使用了數控加工、車削、硬化深度等切削加工領域中的技術特征，并具體運用至譬如為鎳基高溫合金的高速車削加工領域，因此能夠產生對提高難加工材料切削效率、對更好的使用陶瓷刀具等技術效果。附圖說明圖1是為按照本專利技術的用于陶瓷刀具溝槽磨損預測的新方法流程框圖；圖2是按照本專利技術實施例中所實測的刀具溝槽磨損圖的顯微鏡圖；圖3為圓形刀片溝槽磨損實測邊界圖和擬合數據圖；圖4為按照本專利技術中使用顯微硬度計測試加工表面的硬度曲線；圖5為溝槽磨損寬度和硬化層深度之間的擬合關系；圖6為刀片溝槽磨損幾何示意圖。在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1-圓形陶瓷刀片?2-被加工工件?3-被加工工件表面的硬化層?4-溝槽磨損?5-側刃磨損。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。本專利技術的目的在于提供一種陶瓷刀具溝槽磨損預測的新方法，其通過包括檢測被加工表面硬化深度，建立硬化深度和溝槽磨損行為對應關系等步驟在內，從而為陶瓷刀具高速加工難加工材料的磨損機理提供理論指導。參見圖1，為按照本專利技術實現的陶瓷刀具溝槽磨損預測方法的流程方框圖，其中包括下列步驟：(1)檢測難加工材料被加工表面硬化層深度t；進行難加工材料陶瓷刀具高速加工實驗，獲得并定量測量對應刀具溝槽磨損邊界；(2)使用磨損邊界的數據曲線確定溝槽磨損的深度和寬度數據，并多次測量獲得在不同硬化層深度t的數據下的w和d的值，運用溝槽磨損寬度w和獲得的硬化層深度t建立擬合關系。(3)根據溝槽磨損邊界的弧線形，如圖3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種陶瓷刀具溝槽磨損預測的方法，其特征在于包括如下步驟：(1)檢測難加工材料被加工表面硬化層深度t；進行難加工材料陶瓷刀具高速加工實驗，獲得并定量測量對應刀具溝槽磨損邊界；(2)通過重復所述步驟(1)，對所獲得的刀具溝槽磨損邊界進行多次的測量分析，獲得刀具溝槽磨損寬度w、磨損深度d在不同硬化層深度t的數據；通過多元線性回歸方法獲取溝槽磨損寬度w和硬化層深度t的關系；(3)建立溝槽磨損寬度w和深度d之間的微分關系；由所述步驟(2)中獲取的w和硬化層深度t的關系與溝槽磨損寬度w和深度d的關系，建立溝槽磨損深度d和硬化層厚度t之間的對應關系，由此，在獲知硬化層深度t的數值的情況下，即可預測出溝槽磨損深度d。

【技術特征摘要】
1.一種陶瓷刀具溝槽磨損預測的方法，其特征在于包括如下步驟：
(1)檢測難加工材料被加工表面硬化層深度t；進行難加工材料陶
瓷刀具高速加工實驗，獲得并定量測量對應刀具溝槽磨損邊界；
(2)通過重復所述步驟(1)，對所獲得的刀具溝槽磨損邊界進行多
次的測量分析，獲得刀具溝槽磨損寬度w、磨損深度d在不同硬化層深度t
的數據；通過多元線性回歸方法獲取溝槽磨損寬度w和硬化層深度t的關
系；
(3)建立溝槽磨損寬度w和深度d之間的微分關系；由所述步驟(2)
中獲取的w和硬化層深度t的關系與溝槽磨損寬度w和深度d的關系，建
立溝槽磨損深度d和硬化層厚度t之間的對應關系，由此，在獲知硬化層
深度t的數值的情況下，即可預測出溝槽磨損深度d。
2.如權利要求1所述的陶瓷刀具溝槽磨損預測的方法，其特征在于，
所述刀具溝槽磨損邊界為弧線形。
3.如權利要求2所述的陶瓷刀具溝槽磨損預測的方法，其特征在于，
所述步驟(2)中通過多元線性回歸方法獲取的溝槽磨損寬度w和硬化層深

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁漢，莊可佳，張小明，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42