[发明专利]一种硬切削工件表面白层厚度的热力耦合预测方法

摘要

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种硬切削工件表面白层厚度的热力耦合预测方法。本发明包括如下步骤：对硬切削过程进行有限元建模与模拟；从有限元后分析结果中提取已加工表面的应力、应变能数据，计算应力、应变以及合金元素耦合影响下的临界奥氏体相变温度；从有限元分析结果中提取已加工表面下方的温度分布数据，根据温度分布与实际临界相变温度预测表面白层厚度。本发明提出了基于相变机理的干硬切削表面白层厚度的有限元预测模型，该模型不仅能够在考虑了热-力耦合因素的情况下更为准确地预测出表面相变白层的厚度，而且揭示了白层形成的内在机制。

主权项

一种硬切削工件表面白层厚度的热力耦合预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对硬切削过程进行有限元建模及模拟；包括以下步骤：(1)建立硬切削过程的有限元模型：选取网格划分方式、材料的本构模型、摩擦模型以及边界条件；(2)对硬切削过程进行有限元模拟；步骤二，从有限元后处理器的分析结果中提取已加工表面的应力、应变能数据，计算应力、应变以及合金元素耦合影响下的临界奥氏体相变温度；依据T₀＝727‑10.7Mn‑16.9Ni+29Si+16.9Cr+290As+6.38W计算合金元素影响下的奥氏体临界相变温度，依据计算应力、应变影响下的奥氏体相变温度，其中，T为在应力P和应变能W_S作用下的相变温度；T₀为切削加工之前受合金元素影响下的工件材料的相变温度；为摩尔体积增量(m³/mol)；为α→γ相变时的摩尔相变焓增量(J/mol)，吸热过程为正值，放热过程为负值；P为应力(Pa)，W_S为应变能(J/mol)；步骤三，从有限元后处理器的分析结果中提取已加工表面下方的温度分布数据，根据温度分布与实际临界相变温度预测表面白层厚度；首先从有限元分析结果中提取出工件加工表面及其下方的温度分布曲线与已加工表面及其下方的实际相变温度曲线，这两条温度曲线的交点距离已加工表面的深度即为白层厚度。