一种超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法技术

本发明专利技术公开了一种超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法，包括以下步骤：步骤一、建立超高强度钢构件磨削工艺参数域C

Method for obtaining fatigue resistant grinding process parameter domain of superhigh strength steel member

The invention discloses a method for obtaining an anti fatigue grinding technical parameter domain of an ultra high strength steel member, which comprises the following steps: 1. Establishing a grinding parameter field C of an ultrahigh strength steel member;

【技术实现步骤摘要】
一种超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法
本专利技术属于金属材料机械加工
，具体涉及到一种超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法。
技术介绍
超高强度钢具有超细化、超洁净、超均质的组织和成分的特征，以及超高强度和超高韧性的特点。Aermet100作为一种二次硬化超高强度钢，具有突出的综合性能：高强度、高硬度、高断裂韧性和延展性、优良的抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能，因其优良的综合性能受到国内外研究学者的关注。目前已被用做美国F-22战斗机的起落架材料以及RAH-66上的一些要求防弹性好的结构材料。由于具有良好的综合性能，所以Aeremt100钢在航空航天领域应用广泛，例如飞机起落架、气体涡轮发动机主轴和涡轮轴、火箭发动机壳体、高压容器、手机框架、齿轮和抗疲劳螺栓等强力结构件。磨削是一种应用非常广泛的切削加工方法，常被用作精加工工艺。航空工业产品大多对加工精度、疲劳寿命、服役性能有较高要求，尤其是核心承力部件。加工表面完整性对构件的疲劳寿命和服役性能具有重要的影响。然而Aermet100具有高强度和高硬度的特性，在磨削过程中的滑擦、耕犁以及切削中的变形抗力更大，磨削温度更高，磨削时易出现裂纹且磨削后表面残余拉应力较大，裂纹是引起构件疲劳断裂的致命缺陷，而较大的残余拉应力会降低构件的使用寿命。表面完整性是构件加工中很重要的评价指标，主要包括表面粗糙度、表面形貌、表面应力集中系数、表面显微硬度和表面残余应力等，对构件的耐磨性能、疲劳性能、应力腐蚀性能等具有重要的决定作用。因此在超高强度钢Aermet100磨削过程中，必须重视对表面完整性的控制。针对现有超高强度钢Aermet100的磨削特点，在金属材料机械加工
，提出一种超高强度钢Aermet100构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法，实现对超高强度钢Aermet100构件磨削表面完整性的控制，提高构件的疲劳性能，以满足航空构件高可靠和长寿命的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法，以解决现有技术中超高强度钢构件磨削过程存在表面完整性差和疲劳性能低的问题。本专利技术采用以下技术方案，一种超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法，包括以下步骤：步骤一、建立超高强度钢构件磨削工艺参数域C1，根据C1加工出多个第一试验构件，建立磨削工艺参数与表面粗糙度关系曲线，得出超高强度钢构件磨削工艺参数域C2；步骤二、根据步骤一中的C2进行正交试验，加工出多个第二试验构件，并建立第一关系式:其中，Ra为表面粗糙度，HV为表面显微硬度，σr为表面残余应力，vs为砂轮速度，vw为构件速度，af为纵向进给，ap为径向进给，a0、a1、a2、a3、a4、b0、b1、b2、b3、b4、c0、c1、c2、c3、c4均为常数；步骤三、根据步骤一中C2加工得出多组第三试验构件，测量出多组表面粗糙度值、表面显微硬度值、表面残余应力值和疲劳寿命值，并建立第二关系式；步骤四、根据步骤二中的第一关系式和步骤三中的第二关系式，获得超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域C3。进一步地，第二关系式具体为：其中，Nf为疲劳寿命值，d0、d1、d2、d3均为常数。进一步地，步骤一中得出磨削工艺参数与表面粗糙度关系曲线的具体方法如下：步骤1.1、通过单因素试验法，根据C1设置多组参数值，并采用外圆磨床对初始构件进行加工，获得对应多个第一试验构件；步骤1.2、采用表面粗糙度测试仪对每个第一试验构件进行表面粗糙度测试，测试方向为沿第一试验构件的轴向，并记录测试结果；步骤1.3、根据步骤1.2记录的测试结果，绘制磨削工艺参数与表面粗糙度关系曲线。进一步地，步骤一中得出超高强度钢构件磨削工艺参数域C2的具体方法为：以低表面粗糙度为约束，设置表面粗糙度约束值，并在每个参数与表面粗糙度关系曲线中，选取小于表面粗糙度约束值对应的参数范围，得出超高强度钢构件磨削工艺参数域C2。进一步地，步骤二的具体方法为：步骤2.1、根据参数域C2采用正交试验方法，选取多组参数，在外圆磨床上加工出与每组参数对应第二试验构件；步骤2.2、通过表面粗糙度仪测量每个第二试验构件的表面粗糙度值；步骤2.3、通过数字显微硬度计测量每个第二试验构件的表面显微硬度值；步骤2.4、通过残余应力测试分析系统测试每个第二试验构件的表面残余应力值；步骤2.5、采用多元线性回归方法对步骤2.1中的多组参数和步骤2.2、步骤2.3、步骤2.4中表面粗糙度值、表面显微硬度值、表面残余应力值进行拟合，并建立第一关系式。进一步地，步骤三具体方法为：步骤3.1、根据C2，设计多组参数，并根据每组参数加工出第三疲劳构件；步骤3.2、根据步骤2.2、步骤2.3和步骤2.4中的方法，分别测量步骤3.1中每个第三疲劳构件的表面粗糙度值、表面显微硬度值和表面残余应力值，测量位置位于第三疲劳构件的中间圆弧段；步骤3.3、分别计算步骤3.2中每组疲劳构件表面粗糙度、表面显微硬度和表面残余应力的平均值；步骤3.4、采用旋转弯曲疲劳试验机对步骤3.1中的每个第三疲劳构件进行旋转弯曲疲劳寿命试验，并计算出每一组第三疲劳构件疲劳寿命值的平均值；步骤3.5、采用多元线性回归方法对步骤3.3中的表面粗糙度值平均值、表面显微硬度值平均值和表面残余应力值平均值，以及步骤3.4中的多组第三疲劳构件的疲劳寿命值平均值，进行拟合，并建立第二关系式。进一步地，步骤3.1中疲劳构件加工的具体方法为：步骤3.1.1、采用慢走丝电火花线切割切出圆棒试样，直径余量为3mm，轴向余量3mm；步骤3.1.2、采用数控车削加工外形尺寸，直径方向余量大于或等于0.5mm；步骤3.1.3、根据C2，设计多组参数，加工出多组第三疲劳构件。进一步地，步骤四的具体方法为：步骤4.1、根据第二关系式确定构件疲劳寿命值增大时，表面粗糙度值、表面显微硬度值和表面残余应力值的变化方向和范围；步骤4.2、在C2范围内，根据第一关系式和步骤4.1中得出的变化方向和范围，获得超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域C3。本专利技术的有益效果是：通过建立磨削工艺参数与表面完整性特征的关系，以及表面完整性特征与疲劳寿命的关系，以高疲劳寿命为目标，获得了保证一定疲劳寿命条件下的抗疲劳磨削工艺参数域；该专利技术采用单因素法和正交法进行试验设计，采用多元线性回归分析进行模型求解，设计和分析方法可靠，建立的关系模型较为精确，本专利技术获得的磨削工艺参数与现有磨削工艺参数相比，构件的表面粗糙度由Ra2.0μm提高到Ra0.45μm，表面显微硬度>500HV，表面残余压应力<350MPa，疲劳极限由905MPa提高到952MPa。【附图说明】图1为本专利技术中砂轮速度对超高强度钢Aermet100构件表面粗糙度的影响曲线图；图2为本专利技术中构件速度对超高强度钢Aermet100构件表面粗糙度的影响曲线图；图3为本专利技术中径向进给对超高强度钢Aermet100构件表面粗糙度的影响曲线图；图4为本专利技术中纵向进给对超高强度钢Aermet100构件表面粗糙度的影响曲线图；图5为本专利技术中的超高强度钢Aermet100疲劳构件结构示意图；图6为本专利技术中超高强度钢Aermet100抗疲劳磨削工艺参数与现有磨削工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立超高强度钢构件磨削工艺参数域C

【技术特征摘要】
1.一种超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立超高强度钢构件磨削工艺参数域C1，根据所述C1加工出多个第一试验构件，建立磨削工艺参数与表面粗糙度关系曲线，得出超高强度钢构件磨削工艺参数域C2；步骤二、根据步骤一中的所述C2进行正交试验，加工出多个第二试验构件，并建立第一关系式：其中，Ra为表面粗糙度，HV为表面显微硬度，σr为表面残余应力，vs为砂轮速度，vw为构件速度，af为纵向进给，ap为径向进给,a0、a1、a2、a3、a4、b0、b1、b2、b3、b4、c0、c1、c2、c3、c4均为常数；步骤三、根据步骤一中所述C2加工得出多组第三试验构件，测量出多组表面粗糙度值、表面显微硬度值、表面残余应力值和疲劳寿命值，并建立第二关系式；步骤四、根据步骤二中的第一关系式和步骤三中的第二关系式，获得超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域C3。2.如权利要求1所述的超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法，其特征在于，所述第二关系式具体为：其中，Nf为疲劳寿命值，d0、d1、d2、d3均为常数。3.如权利要求1或2所述的超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法，其特征在于，步骤一中得出磨削工艺参数与表面粗糙度关系曲线的具体方法如下：步骤1.1、通过单因素试验法，根据所述C1设置多组参数值，并采用外圆磨床对初始构件进行加工，获得对应多个第一试验构件；步骤1.2、采用表面粗糙度测试仪对每个所述第一试验构件进行表面粗糙度测试，测试方向为沿所述第一试验构件的轴向，并记录测试结果；步骤1.3、根据步骤1.2记录的所述测试结果，绘制所述参数与表面粗糙度关系曲线。4.如权利要求3所述的超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法，其特征在于，步骤一中得出超高强度钢构件磨削工艺参数域C2的具体方法为：以低表面粗糙度为约束，设置表面粗糙度约束值，并在每个所述参数与表面粗糙度关系曲线中，选取小于所述表面粗糙度约束值对应的参数范围，得出所述超高强度钢构件磨削工艺参数域C2。5.如权利要求1或2所述的超高强度钢构件抗疲劳磨削工艺参数域的获得方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法为：步骤2.1、根...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚倡锋，张定华，任军学，田荣鑫，谭靓，武导侠，周征，张吉银，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61