一種測(cè)定鈦合金tc4本構(gòu)方程的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測(cè)定鈦合金TC4本構(gòu)方程的方法，該方法通過測(cè)量切削加工過程中的切削力、切削溫度、切屑變形參數(shù)等值，利用切屑變形理論反求出工件材料的等值，最后將切屑變形的值利用遺傳算法進(jìn)行本構(gòu)方程中待定參數(shù)的標(biāo)定，以誤差平方和最小為優(yōu)化目標(biāo)，得到鈦合金TC4環(huán)槽切削加工切屑變形的本構(gòu)方程。本發(fā)明以金屬切削加工為研究對(duì)象，通過加工過程中的切屑變形行為研究，得到鈦合金TC4的本構(gòu)方程更加適用于鈦合金TC4環(huán)槽切削加工的數(shù)值研究，而且本發(fā)明在測(cè)定過程中，不需要添加附加裝置，降低測(cè)量成本、減輕附加裝置帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，使得測(cè)定實(shí)驗(yàn)操作更加簡單，誤差更小。
【專利說明】
一種測(cè)定鈦合金TC4本構(gòu)方程的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種測(cè)定鈦合金TC4本構(gòu)方程的方法，屬于金屬切削加工材料變形研 究技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 切削加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天緊固件的生產(chǎn)和工業(yè)中，切削加工過程是依靠 刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來完成切削的。在加工過程中，涉及復(fù)雜的機(jī)械物理、化學(xué)作用，工 件材料的本構(gòu)方程反映了工件加工變形過程中的力學(xué)行為，定量的表達(dá)了應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變 率、溫度之間的關(guān)系。而在切削加工過程中，工件的質(zhì)量、刀具磨損都與工件材料的變形有 關(guān)。而對(duì)于金屬切削加工而言，合適的工件材料變形本構(gòu)方程，對(duì)于提高工件質(zhì)量、減輕刀 具磨損、提高生產(chǎn)效率、更加深入的解釋切削加工，具有什么重要的意義。 由于鈦合金金TC4材料環(huán)槽車削加工有其特有的加工特點(diǎn)，普通測(cè)定方法難以測(cè)得在 環(huán)槽車削加工條件下的工件變形的本構(gòu)方程。目前，研究金屬切削過程中工件材料變形本 構(gòu)方程的方法有： (1) 基于材料變形法。將工件做成試樣，利用萬能材料試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、霍普金森拉 桿等裝置對(duì)試樣進(jìn)行不同溫度的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，及室溫下不同應(yīng)變率的實(shí)驗(yàn)拉伸試驗(yàn)、 缺口試樣拉伸試驗(yàn)、圓柱壓縮實(shí)驗(yàn)、光滑試樣的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)及霍普金森拉桿拉伸試樣，最后獲 得試樣變形時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變率及溫度等數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值仿真標(biāo)定及擬合數(shù)據(jù)，最后得 到材料變形時(shí)的本構(gòu)方程。以上測(cè)定方法步驟繁瑣，人為因素影響較大，而且設(shè)備成本較 尚。 (2) 快速落刀裝置。利用各種附加裝置，實(shí)現(xiàn)刀具與切肩的迅速分離，從而獲得切肩根 部標(biāo)本。這些附加裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，刀具與工件的脫離容易受外界因素影響，導(dǎo)致測(cè)定結(jié) 果不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，提供一種測(cè)定鈦合金TC4本構(gòu)方程的方法，該方法實(shí)施簡單， 無需要添加附加裝置或設(shè)備，降低測(cè)量成本，減輕附加裝置帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，使得測(cè)定實(shí)驗(yàn) 操作更加簡單，誤差更小，測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確。 本發(fā)明的技術(shù)方案:一種測(cè)定鈦合金TC4本構(gòu)方程的方法，包括以下步驟： (1) 首先在工件表面加工環(huán)槽處利用銑刀加工出兩個(gè)相同的軸向切肩脫離槽，且切肩 脫離槽沿徑向?qū)ΨQ布置在工件表面，然后在數(shù)控車床進(jìn)行環(huán)槽車削加工； (2) 利用動(dòng)態(tài)測(cè)力儀或者壓力傳感器測(cè)量切削加工中的切削力，利用自然熱電偶法、人 工熱電偶法或者紅外線測(cè)溫裝置測(cè)量切削加工過程中的切削溫度，記錄切肩在切肩脫離槽 處斷裂時(shí)的主切削力價(jià)以及進(jìn)給力巧、切削速度k以及切削溫度r ; (3) 將所得切肩標(biāo)本根部研磨拋光處理，通過顯微鏡觀察切肩的變形狀態(tài)，利用電子顯 微鏡直接測(cè)量剪切角必、第一變形區(qū)的寬度值A(chǔ)S、變形后的切肩厚度a；、變形后的切肩寬 度~、切槽刀具前角以及刀具前刀面的摩擦角為 (4) 將將步驟(2)和步驟(3)獲得的數(shù)值帶入平行側(cè)面剪切區(qū)模型進(jìn)行切肩應(yīng)力q切肩 應(yīng)變似及切肩應(yīng)變率f的反求，求得該切肩變形的G A S值，其中平行側(cè)面剪切區(qū)模型 的表達(dá)式為：
式中剪切應(yīng)力尊于切肩應(yīng)力q即f 5 (5) 獲得兩組或兩組以上的切肩變形的a、& f、r值利用遺傳算法進(jìn)行本構(gòu)方程中待 定參數(shù)的標(biāo)定，以誤差平方和最小為優(yōu)化目標(biāo)，得到鈦合金TC4環(huán)槽切削加工切肩變形的本 構(gòu)方程。 上述方法中，所述的切肩脫離槽為U形深槽，其槽深為5倍進(jìn)給量，槽寬為1.5倍進(jìn)給量， 槽長度為切槽刀具主切削刃寬度1.5倍。 由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明以鈦合金TC4環(huán)槽切削加工為研究 對(duì)象，測(cè)得的本構(gòu)方程能準(zhǔn)確的反映鈦合金TC4環(huán)槽車削加工過程中的變形行為。同時(shí)，本 發(fā)明在測(cè)定過程中無需要添加附加裝置或設(shè)備，降低測(cè)量成本，減輕附加裝置帶來的實(shí)驗(yàn) 誤差，使得測(cè)定實(shí)驗(yàn)操作更加簡單，誤差更小，測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確。 【附圖說明】， 圖1為本發(fā)明實(shí)施時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的立體圖。 附圖標(biāo)記說明：1-切槽車刀，2-切肩，3-工件，4-切肩脫離槽，5-環(huán)槽。 【具體實(shí)施方式】， 為了使本發(fā)明目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)說明。 本發(fā)明的實(shí)施例:一種構(gòu)建鈦合金TC4環(huán)槽切削變形本構(gòu)方程的方法，包括以下步驟： (1)在工件3表面加工環(huán)槽5處利用銑刀加工出兩個(gè)相同的軸向切肩脫離槽4,且切肩脫 離槽4沿徑向?qū)ΨQ布置在工件3表面，所述的切肩脫離槽4為U形深槽，其槽深為5倍進(jìn)給量， 槽寬為1.5倍進(jìn)給量，槽長度為切槽刀具主切削刃寬度1.5倍;然后在數(shù)控車床利用切槽車 刀1進(jìn)行環(huán)槽5的車削加工； (2) 利用動(dòng)態(tài)測(cè)力儀或者壓力傳感器測(cè)量切削加工中的切削力，利用自然熱電偶法、人 工熱電偶法或者紅外線測(cè)溫裝置測(cè)量切削加工過程中的切削溫度，記錄切肩在切肩脫離槽 處斷裂時(shí)的主切削力凡以及進(jìn)給力乃、切削速度K以及切削溫度r ; (3) 將所得切肩標(biāo)本根部研磨拋光處理，通過顯微鏡觀察切肩的變形狀態(tài)，利用電子顯 微鏡直接測(cè)量剪切角必、第一變形區(qū)的寬度值A(chǔ)S、變形后的切肩厚度&、變形后的切肩寬 度~、切槽刀具前角以及刀具前刀面的摩擦角為 (4) 將將步驟(2)和步驟(3)獲得的數(shù)值帶入平行側(cè)面剪切區(qū)模型進(jìn)行切肩應(yīng)力q切肩 應(yīng)變以及切肩應(yīng)變率^的反求，求得該切肩變形的^ A f值，其中平行側(cè)面剪切區(qū)模型的 表達(dá)式為：
式中剪切應(yīng)力尊于切肩應(yīng)力q即f 5 (5) 根據(jù)上面測(cè)量的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到8組切肩變形的a、會(huì)、r值利用遺傳算法進(jìn)行本 構(gòu)方程中待定參數(shù)的標(biāo)定，如表1所示。本實(shí)施例以J-C本構(gòu)方程為例，J-C本構(gòu)方程形式如 式（1)所示。以誤差平方和最小為優(yōu)化目標(biāo)，利用遺傳算法對(duì)本構(gòu)方程中待定參數(shù)A、B、C、m、 n進(jìn)行標(biāo)定，所得本構(gòu)方程如表2所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測(cè)定鈦合金TC4本構(gòu)方程的方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 首先在工件表面加工環(huán)槽處利用銑刀加工出兩個(gè)相同的軸向切肩脫離槽，且切肩 脫離槽沿徑向?qū)ΨQ布置在工件表面，然后在數(shù)控車床進(jìn)行環(huán)槽車削加工； (2) 利用動(dòng)態(tài)測(cè)力儀或者壓力傳感器測(cè)量切削加工中的切削力，利用自然熱電偶法、人 工熱電偶法或者紅外線測(cè)溫裝置測(cè)量切削加工過程中的切削溫度，記錄切肩在切肩脫離槽 處斷裂時(shí)的主切削力/?以及進(jìn)給力乃、切削速度K以及切削溫度Γ ; (3) 將所得切肩標(biāo)本根部研磨拋光處理，通過顯微鏡觀察切肩的變形狀態(tài)，利用電子顯 微鏡直接測(cè)量剪切角必、第一變形區(qū)的寬度值、變形后的切肩厚度變形后的切肩寬 度~、切槽刀具前角以及刀具前刀面的摩擦角為 (4) 將將步驟(2)和步驟(3)獲得的數(shù)值帶入平行側(cè)面剪切區(qū)模型進(jìn)行切肩應(yīng)力q切肩 應(yīng)變似及切肩應(yīng)變率i的反求，求得該切肩變形的^ &左值，其中平行側(cè)面剪切區(qū)模型 的表達(dá)式為：式中剪切應(yīng)力尊于切肩應(yīng)力q即f 5 (5) 獲得兩組或兩組以上的切肩變形的$、Γ值利用遺傳算法進(jìn)行本構(gòu)方程中待 定參數(shù)的標(biāo)定，以誤差平方和最小為優(yōu)化目標(biāo)，得到鈦合金TC4環(huán)槽切削加工切肩變形的本 構(gòu)方程。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建鈦合金TC4環(huán)槽切削變形本構(gòu)方程的方法，其特征在于： 所述的切肩脫離槽為U形深槽，其槽深為5倍進(jìn)給量，槽寬為1.5倍進(jìn)給量，槽長度為切槽刀 具主切削刃寬度1.5倍。
【文檔編號(hào)】G01N33/20GK105929128SQ201610232044
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】王仁偉, 何玲, 羅金剛, 馬培棟, 孟學(xué)聰
【申請(qǐng)人】貴州大學(xué)