一种通过参数反演计算调控残余应力加工参数的方法技术

本发明专利技术属于加工残余应力领域，并公开了一种通过参数反演计算调控残余应力加工参数的方法。该方法包括：(a)从残余应力分布曲线中获取表示该残余应力分布特点的特征指标；(b)分别预设调控残余应力加工参数的初始值，并计算特征指标的初始值，绘制特征指标随加工参数变化的曲线并得到拟合曲线；(c)分别建立加工参数各自的特征指标增量和拟合曲线的关系式；(d)赋值并反演计算得到所需加工参数。通过本发明专利技术，实现定量调控加工残余应力，该算法操作简便，减少试验次数，降低生产成本，改善工件加工残余应力分布，提高零件抗疲劳寿命。

A method for calculating processing parameters of controlled residual stress by parameter inversion

The present invention belongs to the field of machining residual stress, and discloses a method for calculating the processing parameters of residual stress by parameter inversion. The method includes: (a) the stress from the residual distribution curve that represents the characteristic index of the residual stress distribution; (b) respectively preset initial residual stress regulation of processing parameter, the initial value and calculate the characteristic index, drawing characteristic index changes with the processing parameters and curve fitting curve; (c) relations were set up processing parameters and curve of each index increment; (d) and then inverted to obtain the required machining parameters. By this method, the residual stress can be controlled quantitatively. The algorithm is easy to operate, reduces the number of tests, reduces the production cost, improves the residual stress distribution of workpiece, and improves the fatigue life of parts.

【技术实现步骤摘要】
一种通过参数反演计算调控残余应力加工参数的方法
本专利技术属于加工残余应力领域，更具体地，涉及一种通过参数反演计算调控残余应力加工参数的方法。
技术介绍
工件已加工表面层的残余应力分布对零件的抗腐蚀抗疲劳寿命有重大影响，表面残余拉应力容易诱发腐蚀疲劳裂纹扩展，从而降低零件服役寿命；而表面残余压应力有利于减缓腐蚀疲劳裂纹扩展，从而延长零件服役寿命。当加工工序为最后一道工序时，加工表面层的残余应力分布更是对零件的服役寿命有直接影响，而加工残余应力的分布则受到加工参数(包括刀具参数)的影响，比如对于切削加工而言，不同切削速度、进给量、切深和刀具前角所造成的残余应力分布是不一样的；对于磨削加工，不同磨削速度、进给量、磨削深度和砂轮粒度等，所造成的残余应力分布也是不一样的，目前已有大量文献从理论建模、实验测量研究不同加工参数对残余应力分布的影响情况，在一定程度上实现了采用加工参数和材料属性来预测残余应力分布。在一定的残余应力分布下，工件的抗腐蚀抗疲劳寿命是可以通过实验进行估计的，从而可以判断何种残余应力分布对抗腐蚀疲劳寿命最有益，然而，如何通过加工实现这些对抗腐蚀疲劳寿命最有益的残余应力，目前尚未看到有相关报道，从理论上来说，一定的加工参数的组合只会得到一定的残余应力分布，然而一定的残余应力分布却会对应着无数种加工参数的组合。如何解决这种从残余应力向加工参数映射的“一对多”的关系，是通过加工来实现所需残余应力分布所要解决的关键问题，通过加工实现所需的残余应力，称为加工残余应力的调控，实际上，为了增大残余压应力，可以采用特殊工艺手段，比如喷丸、热处理等等。但这些加工手段也只是定性的调控残余应力，实际采用这些加工手段时其也有相关的加工参数，仍然要面对如何设定加工参数以定量地调控残余应力、获得所需的残余应力分布；目前通过加工对残余应力进行调控的方法，主要是采用试验法，即根据经验先设定一组加工参数，然后采用这组加工参数进行尝试加工，加工完后再测量残余应力分布是否满足需求，若不满足需求则调整加工参数，再进行尝试加工，如此循环反复，直到得到所需的残余应力分布。这中试验法需要耗费大量人力、物力和财力，而且当工件材料改变时，需要再次采用试验法去寻找合适的加工参数，这又进一步增加了调控残余应力的成本。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种通过参数反演计算调控残余应力加工参数的方法，通过反演方程组计算影响残余应力的参数，从而使得加工后的残余应力达到预设值，由此解决残余应力的定量调控的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种通过参数反演计算调控残余应力加工参数的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)针对待加工的工件，获取其加工表面层的残余应力分布曲线，并从该曲线中提取反映该残余应力分布特点的多个特征指标Drs，同时获取与所述特征指标相对应的多个加工参数Ai，i＝1，2，3...n，i是所述特征指标相应的编号，n是所述特征指标的总个数；(b)对每个加工参数Ai均预设初始值a10，a20，...，ai0，...，an0，根据该初始值计算得到所述特征指标的初始值H(a10，a20，...，ai0，...，an0)，与此同时，分别绘制所述特征指标Drs随各个所述加工参数Ai变化的曲线，并得到各自的拟合曲线Drs(Ai)；(c)结合步骤(b)得到的特征指标的初始值和拟合曲线，构建特征如下关系式(一)、(二)和(三)来计算指标增量和总特征指标增量ΔDrs，其中，i为任意整数，n为所述特征指标的总数量，ΔDrs＝Drs-H(a10，a20，...，ai0，...，an0)(三)；(d)对所需达到的残余应力对应的特征指标Drs和所述特征指标增量赋值，结合步骤(c)中的关系式进行反演计算，由此得到所需达到的需残余应力相对应的加工参数值Ai。进一步优选地，所述特征指标包括表面残余应力最大值、表面层内最大残余压应力深度或表面拉应力层深度。进一步优选地，在步骤(b)中，所述加工参数包括切削速度、进给量、切削深度、刀具刃口半径或刀具前角。进一步优选地，在步骤(b)中，所述特征指标的初始值H(a10，a20，...，ai0，...，an0)通过残余应力解析模型计算或实验测量得到。进一步优选地，在步骤(b)中，绘制所述特征指标Drs随所述加工参数Ai变化的曲线，通过加工残余应力理论模型或实验测量获得。进一步优选地，在步骤(d)中，反演计算按照下列步骤进行，首先对所需达到的残余应力对应的特征指标Drs和特征指标增量赋值，然后结合所述关系式(一)、(二)和(三)，构成反演方程组如下，最后计算该方程组得到所需参数Ai的值，其中，C0，Ci是预设的常数，其根据经验值设定，总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术提供通过反演方程组计算影响残余应力的参数，从而使得加工后的残余应力达到预设值，突破了目前仅有从加工参数到残余应力的映射局限，实现残余应力的定量调控；2、本专利技术通过采用线性反演方程式的方式构成方程组，该方程组结构简单，清晰直观的放映各个参数和变量之间的关系，计算过程简单，计算时间短；3、本专利技术提供的计算调控残余应力加工参数的方法适用于锻造、焊接、激光加工、线切割、磨削、钻孔、车削、镗孔、铣削、喷丸、热处理等加工方式，适用范围广；4、本专利技术通过计算影响残余应力的加工参数的值，实现定量调控加工残余应力，该算法操作简便，有利于减少加工中的试验的次数，从而降低生产成本，并能改善工件加工残余应力分布，提高零件抗疲劳寿命。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的通过参数反演计算调控残余应力加工参数的方法的流程图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的不同表面层内深度下的残余应力分布曲线图和曲线特征指标Drs的示意图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的不同切削速度下残余应力分布曲线图；图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的不同进给量下残余应力分布曲线图；图5是按照本专利技术的优选实施例所构建的特征指标随切削速度变化的曲线分布图；图6是按照本专利技术的优选实施例所构建的特征指标随进给量变化的曲线分布图；图7是按照本专利技术的优选实施例所构建的残余应力Drs(V)和Drs(tc)随C1变化的曲线图；图8是按照本专利技术的优选实施例所构建的在tc＝0.207mm，V＝60m/min下计算出的残余应力曲线与按照本专利技术提供的方法实验得到的残余应力曲线对比图；图9是按照本专利技术的优选实施例所构建的在tc＝0.11mm，V＝29.42m/min下计算出的残余应力曲线与按照本专利技术提供的方法实验得到的残余应力曲线对比图；图10是按照本专利技术的优选实施例所构建的在tc＝0.172mm，V＝36.3m/min下计算出的残余应力曲线与按照本专利技术提供的方法实验得到的残余应力曲线对比图；图11是按照本专利技术的优选实施例所构建的在tc＝0.19mm，V＝40.7m/min下计算出的残余应力曲线与按照本专利技术提供的方法实验得到的残余应力曲线对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过参数反演计算调控残余应力加工参数的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)针对待加工的工件，获取其加工表面层的残余应力分布曲线，并从该曲线中提取反映该残余应力分布特点的多个特征指标Drs，同时获取与所述特征指标相对应的多个加工参数Ai，i＝1,2,3...n，i是所述特征指标相应的编号，n是所述特征指标的总个数；(b)对每个加工参数Ai均预设初始值a10,a20,...,ai0,...,an0，根据该初始值计算得到所述特征指标的初始值H(a10,a20,...,ai0,...,an0)，与此同时，分别绘制所述特征指标Drs随各个所述加工参数Ai变化的曲线，并得到各自的拟合曲线Drs(Ai)；(c)结合步骤(b)得到的特征指标的初始值和拟合曲线，构建特征如下关系式(一)、(二)和(三)来计算指标增量

【技术特征摘要】
1.一种通过参数反演计算调控残余应力加工参数的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)针对待加工的工件，获取其加工表面层的残余应力分布曲线，并从该曲线中提取反映该残余应力分布特点的多个特征指标Drs，同时获取与所述特征指标相对应的多个加工参数Ai，i＝1,2,3...n，i是所述特征指标相应的编号，n是所述特征指标的总个数；(b)对每个加工参数Ai均预设初始值a10,a20,...,ai0,...,an0，根据该初始值计算得到所述特征指标的初始值H(a10,a20,...,ai0,...,an0)，与此同时，分别绘制所述特征指标Drs随各个所述加工参数Ai变化的曲线，并得到各自的拟合曲线Drs(Ai)；(c)结合步骤(b)得到的特征指标的初始值和拟合曲线，构建特征如下关系式(一)、(二)和(三)来计算指标增量和总特征指标增量ΔDrs，其中，i为任意整数，n为所述特征指标的总数量，ΔDrs＝Drs-H(a10,a20,...,ai0,...,an0)(三)；(d)对所需达到的残余应力对应的特征指标Drs和所述特征指标增量赋值，结合步骤(c)中的关系式进行反演计算，由此得到所需达到的残余应力相对应的加工参数值Ai。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征指标包括表面残余应力最大值、表面层内最大残余压应...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文玉，黄坤，高益，邱硕，汪涛，程广栋，杨坤，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42