【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于榫槽加工组合工艺优化，具体涉及基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法。
技术介绍
1、随着新一代航空发动机、燃气轮机等高端动力装备性能需求的不断提高，构件结构和尺寸不断优化，加工精度和表面质量要求逐渐提高，同时新型难加工材料的不断应用也使得榫槽加工难度逐步增大，因此，单一加工方式已经进入瓶颈期，难以满足越来越高的航空复杂构件加工提质增效降成本需求。加工方式逐渐趋向拉削、铣削、磨削和特种加工相结合的多工艺方法组合加工，可充分发挥出各种加工方式的优点，从而实现更加经济、更加高效、更高精度和更优质量的航空复杂构件加工。但是组合加工工艺中去除材料作用机制不尽相同，导致影响区叠加，残余应力耦合，变化规律复杂，最终制成性能误差难以溯源的问题，而且目前针对残余应力特征的组合加工工艺参数优化仍然主要依赖实验规律。因此，在组合加工实际生产中，零件高性能的实现需要不断进行实验迭代试错制造加工，并依据大量实验数据建立残余应力特征与工艺参数的经验关系，再根据零件残余应力结果逐步修正经验关系，反复调整组合加工中各加工工艺的工艺参数以获得所需的零件性能，制造效率低，生产成本高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术不足，提出基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其是一种通过单因素仿真加工实验构建材料残余应力特征数据库的方法，是一种通过回归模型拟合，实现材料加工工艺参数与加工载荷线性关联的方法，是一种通过灵敏度方法对载荷进行提取并建立不依赖加工工艺参数的加工过程印
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，具体如下：
4、步骤一、使用榫槽材料组合加工工艺中所用到的各加工工艺分别进行仿真加工实验，榫槽材料组合加工工艺中所用到的各加工工艺包括深轧、电火花、电解、切削、电化学机械抛光和脱合金切削加工，使用深轧、电火花或电解加工方式进行仿真加工实验的过程为：设置深轧、电火花或电解加工方式的加工参数范围，并在加工参数范围内选取n个参数水平一，n≥4，使用各参数水平一进行仿真加工，去除预设厚度的榫槽材料，并采集各参数水平一下的位于榫槽材料加工表面以下不同采集深度位置处的残余应力数据；使用切削、电化学机械抛光或脱合金切削加工方式进行仿真加工实验过程为：设置切削、电化学机械抛光或脱合金切削加工方式的各加工参数的范围，并在各加工参数的范围内均选取n个参数水平二，对各加工参数的参数水平二进行组合，得到多个加工参数组合，使用各加工参数组合进行仿真加工，去除预设厚度的榫槽材料，并采集各加工参数组合下的位于榫槽材料加工表面以下不同采集深度位置处的残余应力数据。
5、步骤二、计算深轧、电火花或电解加工的载荷类型对残余应力影响的灵敏度矩阵s，其中，深轧加工的载荷类型为机械载荷，电火花加工的载荷类型为热载荷，电解加工加工的载荷类型为化学载荷，灵敏度矩阵s的计算公式为
6、
7、式中，ek为第k个参数水平一所对应的机械载荷、热载荷或化学载荷，σrk为第k个参数水平一所对应的机械载荷、热载荷或化学载荷下的残余应力；
8、绘制不同载荷类型下的载荷类型对残余应力影响灵敏度、采集深度与载荷大小关系的三维图，接着分别选取三个三维图中最大的灵敏度值进行比较，并选取其中最大的灵敏度值，则最大灵敏度值所对应的载荷类型为对残余应力影响最大的载荷类型。
9、步骤三、建立对残余应力影响灵敏度最高的载荷类型的载荷大小与其所对应的残余应力之间的关系式，得到对残余应力影响灵敏度最高的载荷类型与残余应力之间的加工过程印记特征关系，具体是：将对残余应力影响灵敏度最高的载荷类型在各参数水平一下对应的载荷大小进行归一化处理，然后拟合经过归一化处理后的各载荷大小与相应残余应力的线性关系。
10、步骤四、对深轧、电火花、电解、切削、电化学机械抛光以及脱合金切削加工方式下的载荷大小与相应的加工参数进行回归方程拟合，建立各加工方式下载荷大小与相应加工参数的回归方程关系式。
11、步骤五、利用反问题求解法确定榫槽材料组合加工工艺的加工路线中各加工方式的加工参数，具体是：①预设榫槽材料加工表面以下不同采集深度位置处的残余应力；②根据预设的残余应力，通过加工过程印记特征关系求得对残余应力影响灵敏度最高的载荷类型的总载荷大小，然后将总载荷大小按照榫槽加工路线中各加工工艺复杂度的升序排布依次分配至具有该载荷类型的各加工工艺；③若执行步骤②后总载荷大小没有剩余，则增大榫槽材料加工表面以下不同采集深度位置处的残余应力预设值，回到步骤②执行，否则将总载荷大小分配至具有该载荷类型的各加工工艺后剩余的载荷大小再按照榫槽加工路线中各加工工艺复杂度的升序排布依次分配至不具有该载荷类型的各加工工艺；④若执行步骤③后，榫槽加工路线中有加工工艺没有分配到载荷，则增大榫槽材料加工表面以下不同采集深度位置处的残余应力预设值，回到步骤②执行，否则结束分配；各加工工艺分配得到的载荷大小为由该加工工艺所对应的回归方程关系式根据该加工工艺的加工参数范围计算得到的最大载荷大小，且计算得到的最大载荷大小所对应的加工参数值即为该加工工艺最优的加工参数值，进而得到榫槽加工路线中各加工工艺最优的加工参数值；其中，深轧、电火花、电解、切削、电化学机械抛光和脱合金切削加工的复杂度逐渐升高，切削加工方式的载荷类型为机械-热耦合载荷，电化学机械抛光加工方式的载荷类型为机械-化学耦合载荷，脱合金切削加工方式的载荷类型为机械-热-化学耦合载荷。
12、优选地，所述的载荷大小通过加工能量大小来表征，其中，机械载荷的加工能量为机械能，热载荷的加工能量为热能，化学载荷的加工能量为化学能，机械-热耦合载荷的加工能量为由机械能和热能组成的耦合能量，机械-化学耦合载荷的加工能量为由机械能和化学能组成的耦合能量，机械-热-化学耦合载荷的加工能量为由机械能、最大热能和化学能组成的耦合能量。
13、优选地，所述深轧加工方式的加工参数为轧制力，电火花加工方式的加工参数为加工电压，电解加工方式的加工参数为电解液浓度，切削加工方式的加工参数为切削速度和切削深度，电化学机械抛光加工方式的加工参数为电解液浓度和磨料粒径，脱合金切削加工方式的加工参数为电解液浓度、切削速度和切削深度。
14、优选地，所述步骤一中使用abaqus软件进行仿真加工实验，通过abaqus子程序采集残余应力数据。
15、优选地，所述步骤三中归一化处理采用z-score归一化公式，z-score归一化公式为
16、
17、式中，x′为归一化后的载荷大小，x为归一化前的载荷大小，μ为归一化前各参数水平一下对应的载荷大小平均值，σ为归一化前各参数水平一下对应的载荷大小标准差。
18、优选地，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：具体如下：
2.根据权利要求1所述的基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：所述的载荷大小通过加工能量大小来表征，其中，机械载荷的加工能量为机械能，热载荷的加工能量为热能，化学载荷的加工能量为化学能，机械-热耦合载荷的加工能量为由机械能和热能组成的耦合能量，机械-化学耦合载荷的加工能量为由机械能和化学能组成的耦合能量，机械-热-化学耦合载荷的加工能量为由机械能、最大热能和化学能组成的耦合能量。
3.根据权利要求1所述的基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：所述深轧加工方式的加工参数为轧制力，电火花加工方式的加工参数为加工电压，电解加工方式的加工参数为电解液浓度，切削加工方式的加工参数为切削速度和切削深度，电化学机械抛光加工方式的加工参数为电解液浓度和磨料粒径，脱合金切削加工方式的加工参数为电解液浓度、切削速度和切削深度。
4.根据权利要求1所述的基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：所述步骤一中使用ABAQUS软件进行
5.根据权利要求1所述的基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：所述步骤三中归一化处理采用Z-Score归一化公式，Z-Score归一化公式为
6.根据权利要求1所述的基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：所述步骤三中拟合经过归一化处理后的各载荷大小与相应残余应力线性关系的过程为：
7.根据权利要求1所述的基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：通过计算深轧、电火花或电解加工方式在采集深度分布集合中的相对误差上限，来判断利用反问题求解法确定加工参数的可行性，相对误差上限越大，则利用反问题求解法确定加工参数的可行性越小，反之则越大。
8.根据权利要求7所述的基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：相对误差上限的表达式为
...【技术特征摘要】
1.基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：具体如下：
2.根据权利要求1所述的基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：所述的载荷大小通过加工能量大小来表征，其中，机械载荷的加工能量为机械能，热载荷的加工能量为热能，化学载荷的加工能量为化学能，机械-热耦合载荷的加工能量为由机械能和热能组成的耦合能量，机械-化学耦合载荷的加工能量为由机械能和化学能组成的耦合能量，机械-热-化学耦合载荷的加工能量为由机械能、最大热能和化学能组成的耦合能量。
3.根据权利要求1所述的基于残余应力加工过程印记的组合加工工艺优化方法，其特征在于：所述深轧加工方式的加工参数为轧制力，电火花加工方式的加工参数为加工电压，电解加工方式的加工参数为电解液浓度，切削加工方式的加工参数为切削速度和切削深度，电化学机械抛光加工方式的加工参数为电解液浓度和磨料粒径，脱合金切削加工方式的加工参数为电解液浓度、切削速度和切削深度。
4.根据权利要求1所述的基于残...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒙臻，李子聪，倪敬，朱泽飞，王阳，叶钟，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。