一种基于deform的切削仿真模型应变率验证方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于DEFORM的切削仿真模型应变率验证方法，该方法通过比较切削实验与切削仿真中切屑的应变率值，判断用于DEFORM软件的切削仿真模型的准确性，为降低理论计算误差，利用DEFORM软件对切削仿真中切屑的应变率进行直接测量的同时，进行理论计算，获得计算值与测量值的比值作为理论计算结果的校正系数，在切削实验中，通过理论计算方法获得切屑中应变率值，乘以校正系数作为最终计算结果，通过与切削仿真中的应变率测量值相比较，进而对切削仿真模型的准确性进行验证，该方法通过校正系数，消除了理论公式带来的计算误差，提高了模型验证的准确性，且切削实验中切屑中的应变率的计算相对简单，切削仿真中应变率的获得相对方便，使得该方法具有较好的可操作性。
【专利说明】
一种基于DEFORM的切削仿真模型应变率验证方法
技术领域
[0001]本发明涉及计算机仿真技术领域，更具体地，特别涉及一种基于DEFORM的切削仿 真模型应变率验证方法。
【背景技术】
[0002] 金属切削加工是一个复杂的非线性问题，涉及到弹性力学、断裂力学、摩擦学、塑 性力学等，实际的切削塑性变形区的实时应变、应变率、应力和温度等情况极为复杂，车削 实验和解析力学方法都难以直接求解。随着计算机技术的进步，对切削过程进行有限元仿 真成为重要的研究方法。DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及 其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺，其中切削模块，可以对车削、铣削、镗削等进行 有限元仿真模拟，并可以分析复杂的三维材料流动模型，操作简单，模拟结果准确。但是，对 切削过程进行有限元仿真的前提条件是获得准确的切削仿真模型，因此对有限元仿真切削 模型准确性进行验证成为有限元仿真前的关键步骤。
[0003] 目前，切削仿真模型准确性的验证可通过切削温度、切削力等方式进行。切削热及 切削温度是金属切削过程中的重要物理现象，可以通过研究切削过程中切削温度场分布及 变化规律，判断切削模型仿真过程是否与实际切削过程相吻合。切削温度测量可分为接触 式和非接触式，其中接触式测量准确，但实际测量操作过程非常复杂;非接触式较为简单， 通过红外测量等都可以实现，但测量准确性不高；切削温度还可以通过热源法进行理论计 算，但误差较大，且计算较为复杂。切削力验证需要测量仪，安装校正过程繁琐，且受到切削 平台的限制。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对切削仿真模型验证过程中存在的不便，提出一种基于DEFORM的切削 仿真模型应变率验证方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，利用DEFORM软件可以测量材料切肩 变形区应变率的功能，通过对切削仿真中切肩的应变率进行测量及理论计算，并把理论计 算值与实际测量值相比较，作为校正系数，表示理论计算存在的误差。然后通过理论计算实 际切削实验中切肩的应变率值，乘以校正系数作为切削实验中，切肩中应变率值的最终结 果，然后与切削仿真中切肩的应变率相比较，验证切削仿真模型的准确性，具体地，包括以 下步骤： 1)把需要验证的切削仿真模型导入在DEFORM软件中，设置相应的切削加工参数。
[0006] 2)对导入的切削模型进行有限元切削加工仿真，通过软件后处理功能，获得切削 加工中切肩中的应变率值测量值。
[0007] 3)测量切削加工仿真中切削厚度（即背吃刀量）ac、切肩厚度等，利用下述方法 对切削加工中切肩中的应变率进行理论计算。
[0008] ①切削时假定为单一剪切面，作为刀具前角，#为切削加工中的剪切角，背吃刀量 为&，则切削过程中，切削材料的变形系数为：
② 根据上述设置的剪切平面，建立其与剪切角#的几何关系：
③ 根据切削速度7、切肩沿前刀面流出速度~、沿剪切面的剪切速度^三个向量构成的 封闭三角形，建立之间的联系，由此可得：
④ 在切削过程中，切肩形成是一个稳定的连续过程，在切肩中会发生较为均匀的剪应 变，当切削刃向前移动，切削层中材料中发生剪切应变，其平均值为：
或 或 ⑤ 将上述计算获得的变形系数?及应变值斜戈入下式：
即可得到切肩中应变率的平均值：
式中Ay-两滑移平面之间的距离，其值很小。
[0009] 4)把2 )中切肩中应变率的测量值与3 )切肩中应变率的理论计算值相比较，获得一 个比值，作为校正系数。
[0010] 5)对相应材料进行切削加工，获得相应切肩，利用显微镜等测量切肩厚度，并根据 已知的切削厚度，基于3)中应变率的计算方法，对切削实验中切肩中的应变率进行理论计 算，获得应变率的的计算值，并乘以4)中的校正系数，作为最终切削加工切肩中应变率的理 论计算值。
[0011] 6 )把2 )中获得的切肩中应变率的测量值与5 )中获得的切肩中应变率的理论计算 值相比较，验证切削仿真模型的准确性。
[0012] 本发明的优点在于:通过对切肩中应变率的比较，为DEFORM切削仿真模型的验证， 提供了一种新的验证方法;通过引入校正系数，消除了理论计算应变率时，因公式原因导致 的计算误差，解决了DEFORM切削仿真模型验证的准确性问题;并且该方法借助DEFORM软件 功能，通过对切肩厚度及切削厚度的测量，对切肩中的应变率进行理论计算，然后与有限元 切削仿真中应变率值进行比对，具有较好的可行性及可操作性。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明方法步骤流程图。
[0014]图2是实施例中DEFORM切削仿真模型在仿真过程切肩中应变率值变化情况。
[0015]图3是实施例中切削角度、切肩厚度与切削厚度的关系图。
[0016]图4是实施例中剪应变计算式中参数关系图。
[0017]图5是实施例中DEFORM切削仿真模型在仿真过程切肩厚度测量情况。
[0018] 图6是实施例中获得的切肩利用游标卡尺测量厚度。
[0019] 图7切削仿真中切肩中应变率计算值与测量值。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0021] 下面以铝合金7050-T7451的DEFORM车削模型准确性验证为实施例，对本发明实施 步骤做具体说明， 包括以下步骤： 1)把需要验证的切削仿真模型导入在DEFORM软件中，设置相应的切削加工参数。
[0022] 2)对导入的切削模型进行有限元切削加工仿真，通过软件后处理功能，获得切削 加工中切肩中的应变率值测量值，如图2所示。
[0023] 3 )测量切削加工仿真中切削厚度（即背吃刀量）、切肩厚度，利用下述方法对 切削加工中切肩中的应变率进行理论计算，其理论基础如图3、图4所示。
[0024] ①切削时假定为单一剪切面为刀具前角，_为切削加工中的剪切角，背吃刀量 Sac=0 · 5，通过测量切肩厚度分别为：0 · 27mm、0 · 28mm、0 · 29mm，则切肩平均厚度为0 · 28mm， 则切削过程中，切削材料的变形系数为：
②根据变形系数?、切削厚度&与切肩厚度及剪切平面及剪切角Φ的几何关系，计 算剪切角Φ值，其中r。为刀具前角15°。
[0025]
通过上述两式计算获得剪切角Φ=73°。
[0026] ③如图4所示，切削速度7、切肩沿前刀面流出速度&、沿剪切面的剪切速度^三个 向量根据连续条件，必然构成一个封闭三角形，由此可得：
连续切肩形成是一个稳定的连续过程，在切肩中引起或不均匀的剪应变率，当切削刃 从C移至0，切削层中C0AB便发生剪切应变率，而成为0AFE，平均剪应变为： ④根据公式
当切削速度为300m/min，式中Ay -两滑移平面之间的距离，取〇.〇im。
[0027] 计算平均应变率速度为
5) 同理，在切肩中每相隔10mm，取一个点，利用上述步骤进行计算，共取10个点，理论计 算获得切肩中应变率值如表1所示。
[0028]表1切削仿真理论计算值
6) 对仿真结果进行处理，可测量切肩中每一点处应变率测量值，如图2所示，获得切削 仿真测量值如表2所示，与5)中通过理论计算的计算值相比，获得比值，作为修正系数。 [0029]表2切削仿真测量值
7) 获得10组修正系数，如表3所示，取其平均值作为最终修正系数结果，本实施例中的 修正系数为0.98。
[0030] 表3修正系数
8)对相应材料进行切削加工，利用游标卡尺对切肩厚度进行测量，如图6所示，获得切 肩厚度，按照步骤3)对切肩中的应变值进行计算，获得切削加工中切肩中应变率的理论计 算值，如表4所示，获得的应变率值乘以修正系数，即为切肩中应变率的实际值。
[0031]表3切削加工中切肩中应变率值
9 )甲仿具测重但与8 )甲切削刀卩丄甲埋论计算修止但ffl比敉，，卯图丫所不比敉铦果 取平均值，可获得切削仿真模型准确性，本实施例中切削仿真模型准确性为89%。
【主权项】
1. 一种基于DEFORM的切削仿真模型应变率验证方法，其特征在于，包括w下步骤： 1) 把需要验证的切削仿真模型导入在DEFORM软件中，设置相应的切削加工参数； 2) 对导入的切削模型进行有限元切削加工仿真，通过软件后处理功能，获得切削加工 中切屑中的应变率值测量值； 3) 测量切削加工仿真中切削厚度（即背吃刀量)a。、切屑厚度acA等，利用下述方法对切 削加工中切屑中的应变率进行理论计算； ① 切削时假定为单一剪切面，Λ为刀具前角，银为切削加工中的剪切角，背吃刀量为a。， 则切削过程中，切削材料的变形系数为：② 根据上述设置的剪切平面，建立其与剪切角潘的几何关系：③ 根据切削速度^^切屑沿前刀面流出速度^^。、沿剪切面的剪切速度^^sΞ个向量构成的 封闭Ξ角形，建立之间的联系，由此可得：④ 在切削过程中，切屑形成是一个稳定的连续过程，在切屑中会发生较为均匀的剪应 变，当切削刃向前移动，切削层中材料中发生剪切应变，其平均值为：⑤ 将上述计算获得的变形系数》;及应变值#代入下式：即可得到切屑中应变率的平均值：式中Ay-两滑移平面之间的距离，其值很小； 4 )把2 )中切屑中应变率的测量值与3 )切屑中应变率的理论计算值相比较，获得一个比 值，作为校正系数； 5)对相应材料进行切削加工，获得相应切屑，利用显微镜等测量切屑厚度，并根据已知 的切削厚度，基于3)中应变率的计算方法，对切削实验中切屑中的应变率进行理论计算，获 得应变率的的计算值，并乘W4)中的校正系数，作为最终切削加工切屑中应变率的理论计 算值； 6 )把2 )中获得的切屑中应变率的测量值与5 )中获得的切屑中应变率的理论计算值相 比较，验证切削仿真模型的准确性。
【文档编号】G06F17/50GK105975728SQ201610371814
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】付秀丽, 潘永智, 林文星
【申请人】济南大学