一种陶瓷刀具沟槽磨损预测的方法
【专利摘要】本发明公开了一种陶瓷刀具沟槽磨损预测的新方法，属于金属高速切削领域。该模型预测方法步骤包括：检测难加工材料被加工表面硬化层深度；进行难加工材料陶瓷刀具高速加工实验，获得并定量测量对应刀具沟槽磨损边界；通过测量分析，获得沟槽磨损宽度和深度数据；通过多元线性回归方法获取沟槽磨损宽度和硬化深度的关系；建立沟槽磨损宽度和深度之间的微分关系；最后建立沟槽磨损深度和硬化层厚度之间的对应关系。由于本发明中在预测陶瓷刀具沟槽磨损时考虑了被加工表面的硬化层深度，从而更加接近真实的加工状况，提高了沟槽磨损预测的准确性。
【专利说明】一种陶瓷刀具沟槽磨损预测的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数控车削加工领域，更具体地，涉及一种用于陶瓷刀具车削加工时的 沟槽磨损预测的方法。
【背景技术】
[0002] 对于金属切削加工领域而言，难加工材料具备明确的含义，即指包括镍基高温合 金、尚猛钢、钦合金、铁基尚温合金、稀有难溶金属、超尚强度钢、复合材料等在内的金属材 料，具体而言，金属材料切削加工性能的好坏，主要是从切削时的刀具耐用度、已加工表面 的质量以及切削形成和排除的难易程度三个方面来衡量。通常所说的难加工材料譬如高 强度钢、钛合金、高锰钢以及镍基高温合金等，这些材料在多个制造加工领域获得了频繁运 用，其中的镍基高温合金在航空、航天领域尤其是航空发动机内的叶轮上应用得十分广泛， 因此正日益成为近来学术界的研宄热点所在。
[0003] 由于难加工材料一般具备导热系数低、热硬强度高、切削变形系数大以及加工硬 化严重等物理特性，所以目前针对难加工材料的高速切削加工还是一个国际难题。陶瓷 刀具的出现使得高速切削难加工材料成为可能，由于切削量大，影响广，它常常适用于粗加 工，能极大的提高材料去除率并提高加工效率，因此在目前的技术条件下使用陶瓷刀具是 实现高切除率金属切削最有效的加工方法之一。陶瓷刀使用精密陶瓷高压研制而成一种新 型切削刀具，目前常用于难加工材料切削的一般指氧化铝、氮化硅、氧化锆等陶瓷刀具。对 于难加工材料的切削加工而言，陶瓷刀具切削的效率远远高于常规的硬质合金刀片切削方 法。然而目前在难加工材料加工领域，陶瓷刀具由于其使用寿命短，应用得还不是很广泛， 而且对于陶瓷刀具高速车削中的磨损机理，更是没有系统的、准确的预测方法。
[0004] 现有的陶瓷刀具磨损预测一般以刀具的侧刃磨损为主，缺少对陶瓷刀具高速车 削镍基高温合金的沟槽磨损预测模型。目前对圆刀片的磨损模型研宄是基于Kasim，Mohd Shahir等人于2013年文章中所提出的磨损位置预测（Wear mechanism and notch wear location prediction model in ball nose end milling of Inconel 718， Wear 2013， 302 :1171 - 1179)，目前暂时缺少对陶瓷刀具沟槽磨损区域形状的预测模型，相应地，不能 够为陶瓷刀具高速车削男技工材料提供刀具寿命的预测指导工作。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于加工硬化现象对圆 形刀片沟槽磨损的预测模型，其目的在于更好的预测圆形刀片切削难加工材料时的沟槽磨 损，由此能够为陶瓷刀具高效切削镍基高温合金的磨损情况提供有效指导。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种陶瓷刀具沟槽磨损预测的 方法，其特征在于包括如下步骤：
[0007] (1)检测难加工材料被加工表面硬化层深度t ;进行难加工材料陶瓷刀具高速加 工实验，获得并定量测量对应刀具沟槽磨损边界；
[0008] (2)通过重复所述步骤（I)，对所获得的刀具沟槽磨损边界进行多次的测量分析， 获得刀具沟槽磨损宽度w、磨损深度d在不同硬化层深度t的数据；通过多元线性回归方法 获取沟槽磨损宽度w和硬化层深度t的关系；
[0009] (3)建立沟槽磨损宽度w和深度d之间的微分关系；由所述步骤⑵中获取的w和 硬化层深度t的关系与沟槽磨损宽度w和深度d的关系，建立沟槽磨损深度d和硬化层厚 度t之间的对应关系，由此，在获知硬化层深度t的数值的情况下，即可预测出沟槽磨损深 度d。
[0010] 进一步地，所述刀具沟槽磨损边界为弧线形。
[0011] 进一步地，所述步骤（2)中通过多元线性回归方法获取的沟槽磨损宽度W和硬化 层深度t的关系为t = 0· 99抑+0· 17 ( I )。
[0012] 进一步地，所述弧线形沟槽的半径r与磨损宽度w和深度d的关系为：
【权利要求】
1. 一种陶瓷刀具沟槽磨损预测的方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 检测难加工材料被加工表面硬化层深度t;进行难加工材料陶瓷刀具高速加工实 验，获得并定量测量对应刀具沟槽磨损边界； (2) 通过重复所述步骤（1)，对所获得的刀具沟槽磨损边界进行多次的测量分析，获得 刀具沟槽磨损宽度w、磨损深度d在不同硬化层深度t的数据；通过多元线性回归方法获取 沟槽磨损宽度w和硬化层深度t的关系； (3) 建立沟槽磨损宽度w和深度d之间的微分关系；由所述步骤（2)中获取的w和硬 化层深度t的关系与沟槽磨损宽度w和深度d的关系，建立沟槽磨损深度d和硬化层厚度t 之间的对应关系，由此，在获知硬化层深度t的数值的情况下，即可预测出沟槽磨损深度d。
2. 如权利要求1所述的陶瓷刀具沟槽磨损预测的方法，其特征在于，所述刀具沟槽磨 损边界为弧线形。
3. 如权利要求2所述的陶瓷刀具沟槽磨损预测的方法，其特征在于，所述步骤（2)中 通过多元线性回归方法获取的沟槽磨损宽度w和硬化层深度t的关系为t= 0. 99*w+0. 17 (I)〇
4. 如权利要求1-3中任意一项所述的陶瓷刀具沟槽磨损预测的方法，其特征在于，所 述弧线形沟槽的半径1与磨损宽度w和深度d的关系为：
5. 如权利要求4所述的陶瓷刀具沟槽磨损预测的方法，其特征在于，所述步骤（3)中的 建立沟槽磨损宽度w和深度d之间的微分关系的过程如下： 所述弧线形沟槽的面积为：
代入所述公式（I)，最终得到dz-Ta-t^+Q(V)，其中KQ、、为常系数。
【文档编号】B23Q17/09GK104476326SQ201410669602
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】丁汉, 庄可佳, 张小明 申请人:华中科技大学