(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 202111678464.4 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 华侨大学 地址 362000 福建省泉州市丰泽区城东城 华北路269号 (72)发明人 姜峰　张涛　徐西鹏　邱天　 黄国钦　黄辉　 (74)专利代理 机构 厦门市首创君 合专利事务所 有限公司 3 5204 代理人 张松亭 (51)Int.Cl. G01N 19/02(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 动态划痕 弹性回复的预测方法 (57)摘要 本发明公开了动态划痕弹性回复的预测方 法， 包括： 步骤1， 建立单颗磨粒划擦过程的力学 模型以及划擦区域的温度模型； 步骤2， 通过迭代 计算进行模 型求解， 得到划擦过程中热力耦合平 衡状态下划痕区域材料的应力状态； 步骤3， 结合 划痕弹性回复模 型， 建立单颗磨粒动态划擦弹性 回复模型。 它具有如下优点： 预测精度高。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 114324146 A 2022.04.12 CN 114324146 A 1.动态划痕 弹性回复的预测方法， 其特 征在于： 包括： 步骤1， 建立单颗磨粒划擦过程的力学模型以及划擦区域的温度模型； 步骤2， 通过迭代计算进行模型求解， 得到划擦过程中热力耦合平衡状态下划痕区域材 料的应力状态； 及 步骤3， 结合划痕 弹性回复模型， 建立单颗磨粒动态划擦弹性回复模型。 2.根据权利要求1所述的动态划痕 弹性回复的预测方法， 其特 征在于： 该步骤1， 包括： (1)选取工件材 料单晶金刚石， 建立单晶金刚石的动态划擦弹性回复模型； (2)建立单晶金刚石工件应变率强化模型； 在划痕和压痕有限元模型中工件材料属性 采用线性硬化本构模型， 单晶金刚石晶面的屈服 强度表示为公式26， 对相关数据进 行拟合， 得到单晶金刚石的应 变率强化模型为公式27； (3)建立单晶金刚石的温度软化模型； 利用高温硬度计开展单晶硅高温压痕试验， 对高 温条件下单晶金刚石的硬度进 行归一化并进 行多项式拟合， 得到公式28所示的单晶金刚石 的温度软化模型； Θ(T)＝0.9 93‑5.522×10‑5T‑1.884×10‑6T2+1.183×10‑9T3 (28) (4)建立摩擦模型； 采用高速划擦、 摩擦试验平台开展高速摩擦试验； (5)建立工件热物理属性模型； 金刚石 的比热容和热导率测试结果如图3所示， 对比热 容和热导 率进行多 项式拟合， 结果如公式2 9和公式3 0所示 kg(T)＝2566.150‑13.365T+0.0384T2‑5.072×10‑5T3+2.436×10‑8T4   (29) Cg(T)＝0.398+0.0 055T‑5.487×10‑6T2+2.732×10‑9T3 (30)； 该力学模型包括上述动态划擦弹性回复模型、 单晶金刚石工件应变率强化模型、 单晶 金刚石的温度软化模型、 建立摩擦模型， 该划擦区域的温度模型包括上述工件热物理属 性 模型。 3.根据权利要求1所述的动态划痕 弹性回复的预测方法， 其特 征在于： 该步骤3， 包括： (7)开展单颗磨粒高速划擦试验； (8)对应残余深度、 划痕深度及划擦力； (9)对高速划擦划 痕弹性回复结果进行分析； 采用公式31对划痕的弹性回复比率进行 分析； 权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114324146 A 2动态划痕弹性回复 的预测方 法 技术领域 [0001]本发明涉及精密超精密加工技术领域， 尤其涉及一种态划痕弹性回复的预测方 法。 背景技术 [0002]磨削加工因其加工精度高， 加工表面质量好等优势已经成为硬脆材料主流的加工 工艺， 磨削过程是大量离散分布在磨具表面的磨粒滑擦、 耕犁、 切削的综合作用， 各种物理 现象产生机理复杂， 导致了磨削过程的复杂性。 至今为止， 磨削机理研究仍是一个研究热点 问题。 单颗磨粒是磨削加工过程去除材料 的基本单元， 研究动态划擦中的弹性回复现象对 研究磨削机理具有重要意 义。 发明内容 [0003]本发明提供了一种态划痕弹性回复的预测方法， 其克服了背景技术中所存在的不 足。 [0004]本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是： 动态划痕弹性回复的预测方法， 包括： [0005]步骤1， 建立单颗磨粒划擦过程的力学模型以及划擦区域的温度模型； [0006]步骤2， 通过迭代计算进行模型求解， 得到划擦过程中热力耦合平衡状态下划痕区 域材料的应力状态； 及 [0007]步骤3， 结合划痕 弹性回复模型， 建立单颗磨粒动态划擦弹性回复模型。 [0008]本技术方案与背景技术相比， 它具有如下优点： (1)指出动 态划擦与准静态划擦划 痕弹性回复存在差异的本质是材料的动态力学性能与准静态力学性能之间的差异； (2)通 过迭代法求 解动态划擦过程的热力耦合问题； (3)预测精度较高。 附图说明 [0009]下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一 步说明。 [0010]图1为具体实施方式的球 ‑盘摩擦试验所用金刚石摩擦球。 [0011]图2为具体实施方式的球 盘摩擦试验结果。 [0012]图3为具体实施方式的金刚石的热物理属性模型。 [0013]图4为具体实施方式的动态划擦弹性回复模型迭代计算 流程图。 [0014]图5为具体实施方式的单晶金刚石高速划擦划痕 弹性回复计算收敛性。 [0015]图6为具体实施方式的单晶金刚石高速划擦所采用的单颗磨粒。 [0016]图7为具体实施方式的划擦深度与残余深度以及划擦力对应关系。 [0017]图8为具体实施方式的试验和理论计算划痕 弹性回复量对比。说　明　书 1/5 页 3 CN 114324146 A 3