《難加工材料高速切削過程中刀具工況特徵的跟隨感知》是依託華中科技大學，由陶波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：難加工材料高速切削過程中刀具工況特徵的跟隨感知
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陶波
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
難加工材料高速切削過程中，切削區產生的局部高溫導致隨時空變化的工件變形、刀具磨損與讓刀變形，它的獲取對控制零件加工質量以及實現刀具磨損預測和切削模型精化等均具有重要意義。本項目針對難加工材料高速切削過程中刀具工況特徵線上精確感知需要：（1）探索刀具表面微織構設計及溝槽型微織構內薄膜熱電偶的高效製作工藝，建立刀具表面微織構與薄膜感測器集成製造方法，實現切削區域內單一測點溫度的原位精確測量；（2）建立刀具三維瞬態非線性熱傳導方程，提出基於有限溫度測點信息的刀具表面熱流快速精確計算方法，實現切削區域溫度場的快速重構；（3）研究切削加工過程中刀具-工件之間的熱力學行為，揭示二者互動作用界面能量演變機制，建立刀具結構幾何特徵與切削區溫度之間的關係模型；（4）研製集成薄膜熱電偶的表面織構刀具，結合典型套用開展刀具工況特徵跟隨感知實驗。研究成果可為航空薄壁類零件高品質製造提供重要的理論和方法支撐。
結題摘要
以鈦合金為代表的難加工材料，在高速切削過程中，刀具-工件之間切削區域產生的局部高溫會影響刀具磨損、加工變形以及工件表面質量和殘餘應力，因此切削溫度的線上高精度感知對控制零件加工質量、刀具磨損預測和切削模型精化等均具有重要意義。 為實現切削溫度的智慧型感知，本課題研製了內嵌薄膜熱電偶的智慧型測溫刀具，可實現刀具多點原位溫度的實時、精確、可靠測量；構建了刀具的精確三維非線性瞬態熱傳導模型並提出快速求解方法，提出了基於有限測點信息的溫度場線上重構方法，獲取了刀具切削區域高時空解析度的溫度場。 針對鈦合金切削原位切削溫度的測量，本課題在內嵌薄膜感測器刀具的集成方法、製備工藝、標定方法和切削套用等方面進行了深入研究：提出了採用刀具表面微織構實現多層薄膜熱電偶陣列嵌入保護的集成方法，利用最佳化的製作工藝成功製備了內嵌薄膜熱電偶陣列的智慧型刀具原型，薄膜感測器器件在刀具前刀面嵌入深度達120μm，測溫點距離切削刃最近僅250μm，且具有良好的電氣機械性能，通過靜態和動態標定，獲取其敏感度係數約為20μV/℃，時間常數約為270ns。該測溫刀具在鈦合金實際加工測試中可迅速精確地獲取刀具切削區域內和近切削區域的多點原位溫度。在刀具精確原位溫度的基礎上，本課題開展了基於有限測點信息的刀具溫度場線上重構研究；通過分析金屬切削熱量產生和傳遞的特點，構建了精確的刀具三維非線性瞬態熱傳導模型，提出了該類模型的快速求解算法；針對模型中未知的界面特性參數，提出了基於熱傳導反問題的求解方法，實現了切削界面隨時空變化的熱流密度分布和切削長度的線上辨識；對刀具切削區域溫度場進行線上重構，實現溫度空間解析度達50μm，時間解析度達0.1 s；在此基礎上，搭建了基於溫度的刀具工況特徵線上感知系統。
