CN112464572B - 一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，包括：1.提取传动制造过程中关键工艺参数与加工性能关键评价指标；2.基于仿真及试验分析，获取关键工艺控制参数对其性能评价指标的影响规律；3.在获得传动轴典型材料的裂纹萌生与扩展的相关参数的基础上研究加工性能评价指标对裂纹的影响规律和影响权重；4.以传动轴加工性能评价指标为中间变量，构建传动轴寿命计算模型；5.基于遗传算法对传动轴关键工艺参数进行优化。本发明通过从历史仿真和试验数据上提取相关规律，构建关键工艺参数、加工表面质量及裂纹之间的关系，能够快速的预测表面加工性能并评价，还能针对使用要求对工艺参数进行优化，为传动轴的高可靠性设计与制造提供理论基础。

Description

一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法
技术领域
本发明属于长寿命传动元件制造领域，具体涉及一种传动轴加工性能评价及关键工艺控制方法。
背景技术
传动轴是重载车辆、船舶等传动系统中关键的元件之一，其工况恶劣，载荷复杂，未来的车辆对其机动性、可靠性及轻量化的要求越来越高，这些高性能指标对传动轴的设计要求也在不断的提高。如何在轻量化的基础上保障传动轴的使用寿命是未来传动轴设计制造面临的一个重要问题。传动轴的加工表面性能直接决定着其使用寿命，表面粗糙度可以直接影响传动轴应力集中，较硬的表面能够阻碍裂纹的扩展，残余压应力可以抵消一部分工作应力，热处理能够提高硬度，但是会引起变形，磨削能够提高表面粗糙度，但是会将淬硬层去掉，喷丸能引入残余压应力，但是却降低了表面粗糙度。如何选择合理的工艺，规划合理的表面加工性能是提高传动轴使用性能的有效方法。
目前对加工性能评价都是基于个别典型工艺进行，评价指标有限，无法满足传动轴的寿命评价要求。另外针对单一的工艺开展工艺优化，忽略了其他工艺参数的影响，这样的评价是片面和不准确的，难以准确的进行工艺参数优化，无法保障整体的工作寿命。必须考虑多个工艺建立起传动轴加工性能整体评价体系，在此基础上研究其工艺参数的优化方法。
发明内容
本发明的目的在于：针对传动轴表面加工性能评价难的问题，通过从历史数据中提取关键评价指标和关键工艺控制参数，构建以加工性能关键评价指标为中间变量的寿命计算模型，实现对传动轴的加工性能评价和工艺参数优化。为传动轴的长寿命制造提供技术支撑。
本发明提出了一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法。该方法步骤如下：
步骤S1：提取传动制造过程中关键工艺参数与加工性能关键评价指标；
步骤S2：基于仿真及试验分析，获取关键工艺控制参数对其性能评价指标的影响规律；
步骤S3：在获得传动轴典型材料的裂纹萌生与扩展相关参数的基础上研究加工性能评价指标对裂纹的影响规律和影响权重；
步骤S4：以传动轴加工性能评价指标为中间变量，构建传动轴寿命计算模型；
步骤S5：基于遗传算法对传动轴关键工艺参数进行优化。
进一步的，所述步骤1中，从传动轴仿真和试验数据以及生产经验中，提取传动轴的关键工艺参数，如：热处理参数、磨削参数、喷丸参数等，提取关键评价指标，如：表面粗糙度、表面硬度、表面残余应力分布等。为接下来的传动加工性能评价与工艺参数优化提供基础。
进一步的，所述步骤2中，对传动轴的热处理仿真与试验等历史数据进行分析，获得淬火温度、保温时间、淬火冷却速度等热处理工艺参数对内部组织及表面硬度的影响规律。
进一步的，所述步骤2中，对传动轴的成形磨削仿真与试验等历史数据进行分析，获得磨削速度、进给速度、磨削深度等工艺参数对粗糙度等表面形貌的影响规律。
进一步的，所述步骤2中，对传动轴的喷丸磨削仿真与试验等历史数据进行分析，获得喷丸覆盖率、喷丸强度等工艺参数对传动轴残余应力场的影响规律。
进一步的，所述步骤3中，对典型传动轴材料的始裂门槛值、表面硬化系数等裂纹扩展基本参数进行研究，在此基础上，研究粗糙度对应力集中的影响，研究硬度对裂纹抗裂系数的影响，研究残余应力场对受载后应力应变的影响，形成传动轴加工性能参数对其裂纹萌生和扩展的影响规律。
进一步的，所述步骤3中，在获得轴加工性能参数对其裂纹萌生和扩展的影响规律的基础上，开展灵敏度分析，获得加工性能指标对裂纹生长的影响权重。
进一步的，所述步骤4中，以加工性能评价指标为中间值，采用神经网络算法构建传动轴裂纹萌生和扩展模型，并以裂纹萌生寿命和扩展寿命的总值作为传动轴的寿命，从而构建基于加工工艺参数控制的传动轴寿命计算模型。
N＝Ni+NP (1)
式中：N为总寿命。Ni为裂纹萌生寿命，NP为裂纹扩展寿命。
进一步的，所述步骤5中，基于遗传算法，以寿命最大为优化目标，以关键加工工艺参数为优化变量，在MATLAB上进行优化，获得寿命最大的加工参数范围。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供了一种关键工艺优化方法，可以直接从历史数据和经验中提取关键控制参数，并从仿真数据和试验数据中，寻求关键工艺参数对寿命的影响规律，从而反向优化加工工艺参数。本方法较仿真和试验分析更为方便和准确。
(2)本文提供的方法能够根据实际需求扩大工艺参数优化范围，能够更准确的估计出其使用寿命。
(3)本文提出的计算方法可以同样推广应用至其他如齿轮、叶轮叶片等传动元件的加工性能评价与优化分析过程。
附图说明
图1为本发明的分析方法流程图；
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。
本发明为一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，其方法流程如下：
步骤S1：提取传动制造过程中关键工艺参数与加工性能关键评价指标；
步骤S2：基于仿真及试验分析，获取关键工艺控制参数对其性能评价指标的影响规律；
步骤S3：在获得传动轴典型材料的裂纹萌生与扩展的相关参数的基础上研究加工性能评价指标对裂纹的影响规律和影响权重；
步骤S4：以传动轴加工性能评价指标为中间变量，构建传动轴寿命计算模型；
步骤S5：基于遗传算法对传动轴关键工艺参数进行优化。
进一步的，所述步骤S1中，从传动轴仿真和试验数据以及生产经验中，提取传动轴的关键工艺参数，如：热处理参数、磨削参数、喷丸参数等，提取关键评价指标，如：表面粗糙度、表面硬度、表面残余应力分布等。为接下来的传动加工性能评价与工艺参数优化提供基础。
进一步的，所述步骤S2中，对传动轴的热处理仿真与试验等历史数据进行分析，获得淬火温度、保温时间、淬火冷却速度等热处理工艺参数对内部组织及表面硬度的影响规律。
进一步的，所述步骤S2中，对传动轴的成形磨削仿真与试验等历史数据进行分析，获得磨削速度、进给速度、磨削深度工艺参数对粗糙度等表面形貌的影响规律。
进一步的，所述步骤S2中，对传动轴的喷丸磨削仿真与试验等历史数据进行分析，获得喷丸覆盖率、喷丸强度等工艺参数对传动轴残余应力场的影响规律。
进一步的，所述步骤S3中，对典型传动轴材料的始裂门槛值、表面硬化系数等裂纹扩展基本参数进行研究，在此基础上，研究粗糙度对应力集中的影响，研究硬度对裂纹抗裂系数的影响，研究残余应力场对受载后应力应变的影响，形成传动轴加工性能参数对其裂纹萌生和扩展的影响规律。
进一步的，所述步骤S3中，在获得轴加工性能参数对其裂纹萌生和扩展的影响规律的基础上，开展灵敏度分析，获得加工性能指标对裂纹生长的影响权重。
进一步的，所述步骤S4中，以加工性能评价指标为中间值，采用神经网络算法构建传动轴裂纹萌生和扩展模型，并以裂纹萌生寿命和扩展寿命的总值作为传动轴的寿命，从而构建基于加工工艺参数控制的传动轴寿命计算模型。
N＝Ni+NP (2)
式中：N为总寿命。Ni为裂纹萌生寿命，NP为裂纹扩展寿命。
进一步的，所述步骤S5中，基于遗传算法，以寿命最大为优化目标，以关键加工工艺参数为优化变量，在MATLAB上进行优化，获得寿命最大的加工参数范围。
总之，本发明能根据实际需求提取关键工艺参数和加工表面评价指标，充分的利用历史数据对加工性能指标进行评价，工艺参数优化也更合理。

Claims (9)

1.一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤S1：从传动轴仿真和试验数据以及生产经验中提取传动制造过程中关键工艺参数与加工性能关键评价指标；
步骤S2：基于仿真及试验分析，获取关键工艺控制参数对其性能评价指标的影响规律；
步骤S3：在获得传动轴典型材料的裂纹萌生与扩展的相关参数的基础上研究加工性能评价指标对裂纹的影响规律和影响权重；
步骤S4：以传动轴加工性能评价指标为中间变量，构建传动轴寿命计算模型；
步骤S5：基于遗传算法对传动轴关键工艺参数进行优化。
2.根据权利要求1所述的一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，从传动轴仿真和试验数据以及生产经验中，提取传动轴的关键工艺参数：热处理参数、磨削参数、喷丸参数，提取关键评价指标：表面粗糙度、表面硬度、表面残余应力分布，为接下来的传动加工性能评价与工艺参数优化提供基础。
3.根据权利要求1所述的一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，对传动轴的热处理仿真与试验历史数据进行分析，获得淬火温度、保温时间、淬火冷却速度这些热处理工艺参数对内部组织及表面硬度的影响规律。
4.根据权利要求1所述的一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，对传动轴的成形磨削仿真与试验历史数据进行分析，获得磨削速度、进给速度、磨削深度工艺参数对表面形貌的影响规律。
5.根据权利要求1所述的一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，对传动轴的喷丸磨削仿真与试验历史数据进行分析，获得喷丸覆盖率、喷丸强度这些工艺参数对传动轴残余应力场的影响规律。
6.根据权利要求1所述的一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，对典型传动轴材料的始裂门槛值、表面硬化系数这些裂纹扩展基本参数进行研究，在此基础上，研究粗糙度对应力集中的影响，研究硬度对裂纹抗裂系数的影响，研究残余应力场对受载后应力应变的影响，形成传动轴加工性能参数对其裂纹萌生和扩展的影响规律。
7.根据权利要求1所述的一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，其特征在于：听述步骤S3中，在获得轴加工性能参数对其裂纹萌生和扩展的影响规律的基础上，开展灵敏度分析，获得加工性能指标对裂纹生长的影响权重。
8.根据权利要求1所述的一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，其特征在于：所述步骤S4中，以加工性能评价指标为中间值，采用神经网络算法构建传动轴裂纹萌生和扩展模型，并以裂纹萌生寿命和扩展寿命的总值作为传动轴的寿命，从而构建基于加工工艺参数控制的传动轴寿命计算模型，
N＝Ni+NP (1)
式中：N为总寿命， Ni为裂纹萌生寿命，NP为裂纹扩展寿命。
9.根据权利要求1所述的一种传动轴加工性能评价及基于关键工艺的控制方法，其特征在于：所述步骤S5中，基于遗传算法，以寿命最大为优化目标，以关键加工工艺参数为优化变量，在MA LAB上进行优化，获得寿命最大的加工参数范围。
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