[发明专利]一种基于热力耦合模型的工件表面残余应力调控方法

说明书

本发明公开了一种基于热力耦合模型的工件表面残余应力调控方法。按下述步骤进行：a.进行切削实验，测量每组切削参数条件下，对应得到的工件表面残余应力σ_i；所述的切削参数包括切削深度a_p、切削速度V和进给量f；b.基于Oxley预测模型和J‑C本构模型构建直角切削力预测模型；c.基于剪切区和犁削区温度叠加形成的热应力，构建工件温度预测模型；d.基于直角切削力预测模型和工件温度预测模型构建基于热力耦合的工件表面残余应力的经验模型，并选取期望函数来描述各参数的影响；e.以观测的表面残余应力σ_i和预测得到的残余应力σ_surface的差值的绝对值之和为适应度函数，使用遗传算法进行优化，得到比例系数和指数系数。本发明具有计算时间短和使用方便的特点。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是一种基于热力耦合模型的工件表面残余应力调控方法。

背景技术

表层存在的残余应力是影响机械零件疲劳寿命和耐腐蚀性等性能的表面完整性的一个重要方面。加工过程作为许多零件的最后一道加工工序，对零件的表面残余应力有着重要的影响。近年来，国内外对加工残余应力的测量和预测进行了大量的研究，其中加工残余应力常被认为是加工参数的函数。然而，热载荷和力载荷的共同作用直接影响着切削过程中的应力场。另一方面，在大多数经验预测模型中，通常采用某种形式的单调函数表达式来指定单个加工参数的影响。事实上，加工参数对表面残余应力的影响通常不是单调的。目前对表层存在的残余应力的影响因素均考虑到了热与机械力的作用，但是存在运行周期长，实验设备较多，实验条件复杂，仅在预测模型上存在优势，所以还不能被很好的用于残余应力的调控和优化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于热力耦合模型的工件表面残余应力调控方法。本发明具有计算时间短和使用方便的特点。

本发明的技术方案：一种基于热力耦合模型的工件表面残余应力调控方法，按下述步骤进行：

a.进行切削实验，测量每组切削参数条件下，对应得到的工件表面残余应力σ_i；所述的切削参数包括切削深度a_p、切削速度V和进给量f；

b.基于Oxley预测模型和J-C本构模型构建直角切削力预测模型；

c.基于剪切区和犁削区温度叠加形成的热应力，构建工件温度预测模型；

d.基于直角切削力预测模型和工件温度预测模型构建基于热力耦合的工件表面残余应力的经验模型，并选取期望函数来描述各参数的影响，得到的经验模型的方程如下：

式中，σ_surface为预测的工件表面残余应力；

A₁为步骤a切削实验的实验数据确定的比例系数；

m₁、n₁、q₁为步骤a切削实验的实验数据确定的指数系数；

T为切削过程中的工件表面温升；F_C为切削力在切削方向上的分力；a_p是切削深度；f是进给量；F_T为切削力在进给方向上的分力；V为切削速度；

e.以观测的表面残余应力σ_i和预测得到的残余应力σ_surface的差值的绝对值之和为适应度函数，使用遗传算法进行优化，得到比例系数和指数系数；建立的优化模型如下：

式中，fGA为适应度函数，σ_i为测量得到的工件表面残余应力，k为切削实验次数。

前述的基于热力耦合模型的工件表面残余应力调控方法所述的步骤e中，比例系数和指数系数的优化具体为：