(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111292026.4 (22)申请日 2021.11.02 (71)申请人 河北工程大 学 地址 056038 河北省邯郸市经济技 术开发 区太极路19号 (72)发明人 张志晓　张晓荣　刘春月　杨广源　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 代理人 张秋燕 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性能的 筛选方法 (57)摘要 本发明涉及一种不同组分复合陶瓷刀具的 切削性能的筛选方法， 首先在有限元软件 Deform‑3D材料库中根据已有的刀具材料行为模 型， 输入陶瓷刀具材料的各项相关参数， 建立不 同组分的陶瓷刀具材料； 用三维制图软件建立陶 瓷刀具的三维实体模型， 将三维实体模型导入 Deform‑3D软件中， 设置仿真相关参数； 通过单因 素实验设计方法， 分析得到仿真过程中不同组分 陶瓷刀具的主切削力和 刀具温度数据， 以此比较 切削性能， 筛选出相应的陶瓷刀具组分。 本发明 为从不同组分复合陶瓷刀具中筛选出切削性能 最优的陶瓷刀具材料组分提供了简单、 可靠且精 确的研究方法， 在陶瓷刀具研发过程中起到缩短 设计周期、 避免大量切削实验、 降低设计成本等 作用。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 114091189 A 2022.02.25 CN 114091189 A 1.一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性能的筛 选方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)在Deform ‑3D软件的材料库中输入陶瓷刀具材料的各项相关参数， 建立不同组分的 陶瓷刀具 材料； 2)确定工件材料的物理性能参数以及Johnson ‑Cook本构模型参数， 在Deform ‑3D软件 中建立工件材 料； 3)用三维制图软件建立陶瓷刀具的三维 实体模型； 4)依据实际加工要求， 通过 单因素实验设计方法确定切削仿真过程中的切削参数； 5)在Deform ‑3D软件中设置仿真工作条件， 包括刀具工件接触面属性的设置和步骤4) 中的切削参数的设置； 6)在Deform ‑3D软件中导入步骤3)中陶瓷刀具的三维实体模型， 并赋予步骤1)中建立 的不同组分的陶瓷刀具材料， 之后进行工件设定， 赋予步骤2)中的工件材料， 设置结束， 进 行切削仿真； 7)根据切削仿真结果， 确定仿真过程中不同组分的陶瓷刀具的主切削力和刀具温度 数 据； 8)对比不同组分的陶瓷刀具的主切削力和刀具温度数据， 对不同组分的陶瓷刀具的切 削性能进行优劣判断， 以实现陶瓷刀具材料模型对应组分的筛选， 确定所建立的陶瓷刀具 材料对应各组分的切削性能优劣。 2.根据权利要求1所述的一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性能的筛选方法， 其特征 在于， 步骤1)中， 陶瓷刀具材料的各项相关参数包括刀具材料的密度， 弹性模量， 泊松比， 热 导率， 热膨胀系数和比热容； 步骤2)中， 工件 材料的物理性能参数包括密度， 杨氏模量， 泊松 比， 热导率， 热膨胀系数和比热容。 3.根据权利要求1所述的一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性能的筛选方法， 其特征 在于， 步骤1)中， 陶瓷刀具材料的各项相关参数是根据已有的刀具材料行为模型所涉及的 性能获得； 其中， Deform ‑3D软件的材料库中陶瓷刀具材料作为刚性材料， 行为模型由Power 定律进行定义， 表达式(1)所示： 其中 为流动应力， 为有效塑性应变， 为有效应变率， c为材料常数， n为应变常数， m 为应变率常数， y为初始屈服 值。 4.根据权利要求1所述的一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性能的筛选方法， 其特征 在于， 步骤2)具体 分为三步： ①通过实验方式获取适应工件 材料的流变曲线， 将得到的应力 应变数据和温度数据代入Johnso n‑Cook本构模型， 表达式为(2)所示： 其中δf为材料的流动应力， ε为等效塑性应变， 为塑性应变率， ε0为参考塑性应变率， T 为绝对温度， Tm和Tr分别为室 温和熔点温度； A为参考应变 率和参考温度下的初始屈服应力， B和n分别为材 料应变硬化模量和硬化指数， C为材 料应变率强化 参数， m为材 料热软化指数； ②将应力应变数据和温度数据代入本构模型后， 通过数学拟合方法确定Johnson ‑Cook 本构模型中A、 B、 C、 m、 n各个参数， 即Johnso n‑Cook本构模型参数；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114091189 A 2③采用Johnson ‑Cook本构模型参数A、 B、 C、 m、 n和工件材料的物理性能参数， 在D eform‑ 3D软件中建立工件材 料。 5.根据权利要求1所述的一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性能的筛选方法， 其特征 在于， 步骤3)具体为： 根据所用陶瓷材料的断裂韧性和强度， 参照刀具尺寸的国家标准， 在 三维制图软件中确定陶瓷刀具的几何形状。 6.根据权利要求1所述的一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性能的筛选方法， 其特征 在于， 步骤4)具体为： 实际加工中， 陶瓷刀具切削速度选取范围为150 ‑300m/min， 切削深度 选取范围为0.3 ‑1.2mm， 进 给量选取范围为0.1 ‑0.3mm/r， 据此选取切削参数， 使用单因素实 验设计方法确定有限元仿真中所用的各切削参数组合。 7.根据权利要求1所述的一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性能的筛选方法， 其特征 在于， 步骤5)具体为： 设置切削参数， 包括切削速度、 切削深度、 进给量； 设置刀 具工件接触 面属性， 包括环境温度、 摩擦因子、 对流系数和传热系数。 8.根据权利要求1所述的一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性能的筛选方法， 其特征 在于， 步骤6)具体为： 在Deform ‑3D软件中导入步骤3)中陶瓷刀具的三维实体模型， 并赋予 步骤1)新建立的不同组分的陶瓷刀具材料， 进行网格划分， 之后进 行工件设定， 赋予步骤2) 中的工件材 料， 设置工件直径， 工件形状， 进行网格划分； 设置结束， 进行切削仿真。 9.根据权利要求1所述的一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性能的筛选方法， 其特征 在于， 步骤7)具体为： 根据单 因素实验设计方法确定的不同切削参数下的切削仿 真结果， 提 取不同切削参数 下仿真过程稳定阶段的陶瓷刀具的主切削力和刀具温度数据。 10.根据权利要求1所述的一种不同组分复合陶瓷刀具的切削性 能的筛选方法， 其特征 在于， 步骤8)具体为： 依据主切削力越大， 刀具温度越高， 刀具磨损越大， 切削性能越差原 则， 比较分析不同组分陶瓷刀具模型在不同切削参数组合下的主切削力和刀具温度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114091189 A 3