[發明專利]一種改善高強度鋼表面完整性的加工參數優化方法

在審

• 申請號: 202110552880.3
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113139256A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 王曉強;王排崗;王浩杰;劉志飛;劉飛;靳園園;付浩然;張彪;曹麗茹;朱其萍
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/27;G06N3/12;G06F111/04;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 逯雪峰

本發明公開了一種改善高強度鋼表面完整性的加工參數優化方法，包括以下步驟：（1）開展超聲振動滾擠壓強化高強度鋼表面完整性正交試驗；（2）運用多元回歸法構建表面完整性各目標數學模型；（3）對各目標數學模型進行方差分析；（4）運用非支配排序遺傳算法對表面完整性進行多目標優化；（5）分析整體得出最優加工參數解集。本發明將多元回歸法與非支配排序遺傳算法相結合，對超聲振動滾擠壓強化高強度鋼表面完整性進行多目標優化，其計算過程簡單，實用性強，運用最終得到的最優加工參數解集可以改善工件表面質量，提高工件疲勞性能。

技術領域

本發明涉及高效精密加工技術領域，尤其涉及一種改善高強度鋼表面完整性的加工參數優化方法。

背景技術

金屬表面超聲振動滾擠壓強化是在常規擠壓強化過程中，通過滾擠壓工具頭在工件的徑向作超聲振動從而強化金屬表面的工藝。超聲振動滾擠壓強化高強度鋼工件過程中，不同加工參數對工件的表面性能影響不同，為改善工件的表面性能，提高工件疲勞強度，延長工件使用性能，因此需要對超聲振動滾擠壓強化高強度鋼試驗過程中，影響表面性能的加工參數進行優化。

目前，超聲振動滾擠壓強化高強度鋼的試驗過程中，最常研究的是不同加工參數對工件表面粗糙度的影響，利用正交試驗進行直觀分析結果，得出各加工參數對超聲滾壓加工后工件表面粗糙度的影響規律和影響程度。但這種方式并未建立影響程度的數學模型，分析不夠準確和全面，且擇優選出的加工參數并不確定是否是最優解集。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的針對現有技術存在的不足，本發明提供了一種改善高強度鋼表面完整性的加工參數優化方法，能將多元回歸法與非支配排序遺傳算法相結合，對超聲振動滾擠壓強化高強度鋼表面完整性進行多目標優化，使得出的綜合最優的加工參數解集準確性更高。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種改善高強度鋼表面完整性的加工參數優化方法，包括如下步驟：

步驟一，選用適當的工件和滾擠壓工具頭以進行超聲振動滾擠壓強化高強度鋼試驗，確定試驗過程中的工件轉速、進給速度、靜壓力和振幅為待優化的加工參數，選取工件的表面粗糙度、殘余應力和顯微硬度為表面完整性目標，以此開展四因素四水平正交試驗；

步驟二，基于正交試驗結果，運用多元回歸法分別構建表面粗糙度、殘余應力和顯微硬度與加工參數之間的數學模型；

步驟三，對步驟二所得的數學模型分別進行方差分析，以確定建立的各數學模型的可靠性和穩定性；

步驟四，基于步驟二所得的數學模型為目標函數，以加工參數的取值范圍為約束條件，構建優化模型，基于該優化模型采用非支配排序遺傳算法對表面完整性各目標進行多目標優化，生成Pareto最優解；

步驟五，對得到的Pareto最優解進行分析整理，得出使表面完整性各目標達到綜合最優的加工參數解集。

進一步的，步驟一中，所述工件選用調質處理后的42CrMo鋼，工件為直徑50mm，長度320mm的棒料。

進一步的，步驟二中，運用Minitab軟件對表面粗糙度、殘余應力和顯微硬度進行多元線性回歸分析，建立的表面粗糙度數學模型、殘余應力數學模型及顯微硬度數學模型如下所示：

Ra＝10-^0.632n^0.145f^0.1964F-^0.1181A-^0.0757

σ＝-10^2.5958n^0.0018f-^0.0138F^0.1261A^0.0509

HV＝10^2.7031n-^0.0289f^0.0113F^0.0541A^0.0529