一種超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法技術

本發明專利技術公開了一種超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法，包括以下步驟：步驟1、建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數域，并進行正交試驗，通過正交試驗建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數與表面完整性特征關系式；步驟2、建立目標函數，并進行線性化處理，對步驟1中的磨削工藝參數域和特征關系式建立約束條件；步驟3、根據步驟2中的目標函數和約束條件建立超高強度鋼表面完整性高效低應力磨削工藝參數優化模型，并求解得出超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數；步驟4、對步驟3中的磨削工藝參數進行驗證，得出最終超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數。本發明專利技術使超高強度鋼構件磨削過程中表面殘余應力小、磨削效率高。

Method for obtaining efficient and low stress grinding process parameters of ultra-high strength steel

The invention discloses a method for obtaining ultra high strength steel, low stress grinding parameters, which comprises the following steps: 1, establish the parameters of grinding surface integrity of ultra high strength steel domain, and the orthogonal tests were carried out through orthogonal test, establishment of ultra high strength steel surface after the relationship between whole parameters of grinding and surface the integrity of the feature type; step 2, the establishment of the objective function, and linear processing, the establishment of constraints on the relationship between grinding parameters and the characteristics of domain type in step 1; step 3, according to the objective function and constraints in step 2 construction of ultra high strength steel surface integrity, low grinding force model parameter optimization process, and obtain the ultra high strength steel, low stress grinding parameters and grinding parameters; step 4, to step 3 to verify, finally the ultra high strength steel with high efficiency and low Stress grinding process parameters. The invention has the advantages of small surface residual stress and high grinding efficiency in the grinding of the ultra high strength steel member.

【技術實現步驟摘要】
一種超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法
本專利技術屬于精密、超精密磨削加工
，具體涉及一種超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法。
技術介紹
超高強度鋼具有很高的強度和硬度，同時又具有很好的韌性和塑性，從力學特征上看，超高強度鋼的屈服應力高，在同樣的變形條件下可以承受更大的載荷，也可以吸收更多的能量。Aermet100是一種高強、高韌，并具有優良的抗應力腐蝕開裂能力和抗疲勞性能的高合金超高強度鋼，因其優異的綜合力學性能而被廣泛地用于制造飛機起落架、氣體渦輪發動機軸和機輪螺栓等航空、航天工業中重要的強力結構部件。在飛機起落架結構中使用Aermet100鋼替代同等強度的300M鋼能克服300M的低斷裂韌性和對應力腐蝕開裂敏感等缺點；替代馬氏體時效鋼做機軸能保證足夠的剛度和疲勞強度；替代H-11鋼制造機輪螺栓可解決韌度不足、應力腐蝕開裂等問題。超高強度鋼優良的機械性能，使其對機械加工尤其是熱處理后的磨削加工有著較高的要求。磨削加工是多刀同時切削的加工工藝，其本質是大量離散分布在砂輪表面形狀各異的磨粒共同完成的滑擦(彈性變形)、耕犁(塑性變形)、切削(形成切屑)作用的綜合效果。超高強度鋼Aermet100磨削時磨粒滑擦、耕犁及切削過程中的變形抗力大，磨削力大；磨削時產生大量的磨削熱，極易產生磨削燒傷，磨削熱極易集中于被磨表層；磨削時易出現裂紋且磨削后表面殘余拉應力大、殘余應力層較深。從以上結果均會影響構件的疲勞強度。因此在超高強度鋼磨削過程中，必須重視對表面殘余應力的控制。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法，以解決現有超高強度鋼構件磨削過程中存在的表面殘余應力大和磨削效率低的問題。本專利技術采用以下技術方案，一種超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法，包括以下步驟：步驟1、建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數域，并進行正交試驗，通過正交試驗建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數與表面完整性特征關系式：其中，Ra為表面粗糙度，HV為表面顯微硬度，σr為表面殘余應力，vs為砂輪速度，vw為構件速度，af為縱向進給，ap為徑向進給，a0、a1、a2、a3、a4、b0、b1、b2、b3、b4、c0、c1、c2、c3、c4均為常數；步驟2、建立目標函數，并進行線性化處理，對步驟1中的磨削工藝參數域和特征關系式建立約束條件；步驟3、根據步驟2中的目標函數和約束條件建立超高強度鋼表面完整性高效低應力磨削工藝參數優化模型，并求解得出超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數；步驟4、對步驟3中的磨削工藝參數下的磨削效率和低應力進行驗證，得出最終超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數。進一步地，步驟3中超高強度鋼表面完整性高效低應力磨削工藝參數優化模型為：其中，Q為單位時間材料去除率，X1＝lgvw，X2＝lg(1000ap)，X3＝lgvs，X4＝lg(10af)。進一步地，步驟1的具體方法如下：步驟1.1、建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數域；步驟1.2、根據步驟1.1中的磨削工藝參數域超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數域，制定多組正交試驗磨削工藝參數，并根據每組正交試驗磨削工藝參數加工出第一試驗構件；步驟1.3、測量出每個第一試驗構件的表面完整性特征參數；步驟1.4、根據步驟1.2中的多組正交試驗磨削工藝參數和步驟1.3中的表面完整性特征參數，通過多元線性回歸分析方法建立磨削工藝參數與表面完整性特征關系式。進一步地，步驟1.1中磨削工藝參數域具體包括砂輪速度、構件速度、徑向進給和縱向進給；步驟1.3中表面完整性特征參數包括表面粗糙度、表面顯微硬度和表面殘余應力。進一步地，步驟2的具體方法為：步驟2.1、建立目標函數：maxQ＝vw·ap·vs·af；步驟2.2、線性化處理步驟2.1中目標函數，并將目標函數轉化為求最小值問題，得出：minQ＝-X1-X2-X3-X4；步驟2.3、建立表面完整性磨削工藝參數控制域約束：步驟2.4、建立表面粗糙度約束：0.7696-0.264X1+0.408X3≤0，步驟2.5、建立表面顯微硬度約束；2.4008-0.213X3-0.355X4≤0，步驟2.6、建立表面殘余應力約束：進一步地，步驟3中磨削工藝參數通過MATLAB中優化工具箱對超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數優化模型求解得出。進一步地，步驟4中具體驗證方法為：步驟4.1、根據步驟3中的磨削工藝參數，進行單位時間材料去除率和表面完整性特征試驗，并記錄為第一結果；步驟4.2、根據步驟1中磨削工藝參數域選取磨削工藝參數，進行單位時間材料去除率和表面完整性特征試驗，并記錄為第二結果；步驟4.3、通過第一結果與第二結果進行對比，當第一結果中的材料去除率和表面完整性特征優于第二結果中的材料去除率和表面完整性特征時，得出最終高溫合金高效低應力磨削工藝參數；否則，重復執行步驟1至步驟4，直至得出最終超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數。本專利技術的有益效果是：通過建立磨削工藝參數與表面完整性特征的關系，以高效為目標，以低應力為約束條件，獲得了超高強度鋼Aermet100表面完整性高效低應力磨削工藝參數，不僅能有效的防止磨削裂紋的產生，而且能很好的控制磨削表面殘余應力。采用正交法進行試驗設計、多元線性回歸分析和MATLAB優化工具箱進行模型的求解，設計和分析方法可靠。獲得的磨削工藝參數與其它磨削工藝參數相比，構件的表面粗糙度在Ra0.3μm左右，表面顯微硬度在645HV左右，表面殘余壓應力由-175MPa降低為-155MPa，材料去除率提高了108％，實現了超高強度鋼Aermet100的表面完整性高效低應力磨削，大幅度提高磨削效率和磨削精度，同時滿足了航空發動機構件高可靠和長壽命的要求?！靖綀D說明】圖1為本專利技術超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法的流程圖。【具體實施方式】下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術專利進行詳細說明。本專利技術公開了一種超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法，如圖1所示，具體按如下步驟進行：步驟1、建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數域，并進行正交試驗，通過正交試驗建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數與表面完整性特征關系式，其具體步驟如下：步驟1.1：根據航空制造工程手冊、經驗或文獻資料，制定超高強度鋼Aermet100表面完整性磨削工藝參數域，其中，磨削方法采用外圓磨削，砂輪類型采用單晶剛玉砂輪，陶瓷結合劑，粒度80，中軟級，磨削工藝參數包括砂輪速度vs(單位為m/s)、構件速度vw(單位為m/min)、徑向進給ap(單位為mm)、縱向進給af(單位為mm/r)，即[vs,vw,ap,af]，其具體參數參見表1：表1步驟1.2：根據步驟1.1制定的表面完整性磨削工藝參數域內的磨削工藝參數進行正交試驗：根據制定的表面完整性磨削工藝參數域，設計多組試驗參數，多組試驗參數構成正交試驗表，即表2：表2試驗環境選取在MMB1420外圓磨床上進行試驗，砂輪采用表1中所示的砂輪，在試驗中采用乳化液進行冷卻，初始構件尺寸優選為Φ30mm×100mm，并根據表2中的每組試驗參數，加工出第一試驗構件，本實施例中針對9組參數，每組參數加工一個構件。步驟1.3：對步驟1.2中加工的每個本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數域，并進行正交試驗，通過所述正交試驗建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數與表面完整性特征關系式：

【技術特征摘要】
1.一種超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數域，并進行正交試驗，通過所述正交試驗建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數與表面完整性特征關系式：其中，Ra為表面粗糙度，HV為表面顯微硬度，σr為表面殘余應力，vs為砂輪速度，vw為構件速度，af為縱向進給，ap為徑向進給,a0、a1、a2、a3、a4、b0、b1、b2、b3、b4、c0、c1、c2、c3、c4均為常數；步驟2、建立目標函數，并進行線性化處理，對步驟1中的所述磨削工藝參數域和特征關系式建立約束條件；步驟3、根據步驟2中的目標函數和約束條件建立超高強度鋼表面完整性高效低應力磨削工藝參數優化模型，并求解得出超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數；步驟4、對步驟3中所述的磨削工藝參數下的磨削效率和低應力進行驗證，得出最終超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數。2.如權利要求1所述的超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法，其特征在于，所述步驟3中所述超高強度鋼表面完整性高效低應力磨削工藝參數優化模型為：其中，Q為單位時間材料去除率,X1＝lgvw，X2＝lg(1000ap)，X3＝lgvs，X4＝lg(10af)。3.如權利要求1所述的超高強度鋼高效低應力磨削工藝參數的獲得方法，其特征在于，所述步驟1的具體方法如下：步驟1.1、建立超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數域；步驟1.2、根據步驟1.1中所述的磨削工藝參數域超高強度鋼表面完整性磨削工藝參數域，制定多組正交試驗磨削工藝參數，并根據每組所述正交試驗磨削工藝參數加工出第一試驗構件；步驟1.3、測量出每個所述第一試驗構件...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姚倡鋒，張定華，任軍學，田榮鑫，譚靚，武導俠，周征，張吉銀，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61