[发明专利]一种基于可靠性的磨削工艺评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于可靠性的磨削工艺评估方法，它以产品的固有可靠性为优化目标，利用于失效物理的方法与已知的磨削加工参数，以及使用条件，对磨削工艺进行评估，并找到影响产品固有可靠性的关键因素。适用于磨削工艺设计、磨削工艺优化等领域。

背景技术

产品的可靠性是设计出来、制造出来、管理出来的。产品可靠性设计确定的可靠性指标要求最终都需要在制造过程中实现，同时产品加工过程的工艺可靠性又对产品的使用性能有着重大的影响。因此，研究产品加工过程的工艺可靠性具有重要的意义。

目前对产品工艺可靠性的研究一般都是针对加工设备的可靠性，以加工设备的可靠性作为工艺可靠性的指标。即使是针对产品的研究，也是以加工出产品的合格率作为工艺可靠性的指标，缺乏工艺过程对产品使用中的可靠性影响的研究。同时，使用中的产品可靠性通常是通过设计方法或者已经失效的产品来进行评估的，并且缺少对于工艺缺陷的深层次研究。本发明针对磨削加工的工艺特性，提出了一种基于可靠性的磨削工艺评估方法，结合失效物理的方法，通过对磨削过程的有限元模拟仿真及一系列可靠性实验，较为准确地评估磨削工艺，以此来指导优化工艺设计。

发明内容

(1)发明目的

磨削加工作为一种精密的加工方法，通常作为机械加工的最后一道工序。磨削对于工件的质量以及产品的可靠性有着重要的影响，然而加工工艺对产品的可靠性的影响机理却很难定量描述。基于此，本发明提供了一种基于可靠性的磨削工艺评估方法，借鉴数理统计和失效物理方法对磨削工艺缺陷展开了微观机理研究，并利用了有限元模拟仿真及一系列可靠性试验的方法，提出一种操作性强，较为实际可靠的磨削工艺评估方法，为改进和评价磨削工艺提供了技术依据。

(2)技术方案

本发明提出了一种基于可靠性的磨削工艺评估方法，以失效物理为桥梁，建立了磨削用量与产品可靠性的数学模型，从而对产品可靠性进行评估。具体的设计流程图如图1所示。

由于磨削工艺过程是一个复杂的动态过程，涉及加工设备、夹具、刀具、检测设备以及工艺操作控制人员等因素。需要首先对磨削工艺可靠性进行解释说明。本发明将磨削工艺过程作为对象，分析磨削工艺过程对于产品可靠性的影响，并不同于普通产品的可靠性研究。因此通用的系统可靠性定义并不能准确地描述磨削工艺可靠性。同时，本发明检测的可靠性所利用的数据是制造过程结束时基于可靠性试验的数据，而固有可靠性就是指制造过程结束时基于可靠性试验数据所评估的产品可靠性。因此本发明所讨论的磨削工艺可靠性就是指磨削工艺过程对于产品的固有可靠性的影响。

本发明一种基于可靠性的磨削工艺评估方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：根据磨削加工过程，从设备特性、工件特性、加工工艺三个方面进行磨削工艺缺陷失效分析，建立磨削加工工艺FMEA，提出工艺过程缺陷模式，并梳理出在磨削过程中经常发生的缺陷，找出典型缺陷。

步骤二：针对磨削加工过程的典型缺陷，进行计算机有限元分析。找出造成典型缺陷的失效物理，进一步对磨削工艺产品进行失效物理分析。

步骤三：设计磨削工艺参数，进行实际加工。本发明是通过磨削工艺参 数来评估产品可靠性的，然而磨削工艺参数并不能直接与产品可靠性联系起来，因此考虑失效物理的方法。通过有限元分析找到造成磨削工艺缺陷产生的关键物理表征Q作为中间桥梁，将磨削用量作为模型输入，关键物理表征Q作为一级输出。

本发明采用正交设计法来进行试验参数设计，利用组合设计法来减少试验次数。根据设计好的参数组合，进行按照参数进行实际的磨削加工，每种参数加工10件。对加工后的产品利用相关方法测量关键物理表征Q的值。每一组磨削参数组合对应一个关键物理表征Q的量。利用相关数据分析软件，进行对数线性回归分析，找到对关键物理表征Q影响最大的磨削参数，并得出关键物理表征Q与磨削工艺参数的数学关系表达式。

步骤四：对加工后的产品进行可靠性仿真试验，测出相关力学性能，做出关键物理表征Q的退化率曲线，得到Q的参数退化模型。

步骤五：根据以上相关工艺参数、关键物理表征Q、相关力学性能数据，构建可靠性模型，以此基于可靠性来评估磨削工艺，为工艺优化设计提供依据。

其中，在步骤一种所述的“磨削加工过程”，其原理如下：

磨削过程中，磨粒与工件的接触情况有三个阶段，如图2所示：

第一个阶段是滑擦阶段，磨粒与工件开始接触，此时法向切削力很小，由于磨削系统的弹性变形，磨粒未能进入工件而仅在工件表面产生摩擦，工件表层产生热应力。