[发明专利]一种钛合金铣削残余应力场的预测方法

摘要

本发明涉及一种钛合金铣削残余应力场的预测方法，该方法系基于指数衰减函数而预测钛合金铣削残余应力场，其主要步骤为1确定铣削残余应力场指数衰减函数模型，2确定残余应力场控制因子与铣削工艺参数关系模型，3选择铣削工艺参数并进行编码，4设计试验方案，进行铣削试验，5残余应力场测试，6求解残余应力场控制因子等。本发明以铣削工艺参数为输入条件，通过模型系数求解，即可获得该铣削工艺参数下的残余应力沿表面下深度分布情况，该预测方法简单可靠，预测速度快、准确度高，免去了大量繁琐的试验，规避了有限元法和物理解析法的困难，适用于广大工程技术人员。

主权项

一种钛合金铣削残余应力场的预测方法，其特征在于：该预测方法系基于指数衰减函数而预测钛合金铣削残余应力场，其步骤如下：步骤1：确定铣削残余应力场的指数衰减函数模型：用指数衰减函数对铣削残余压应力曲线进行描述:σ(h)＝Ae‑λh式中，σ为残余应力；h为表面下深度；A为残余应力初始值；λ为指数衰减系数，决定着残余压应力场衰减到稳定值附近的快慢程度,[A，λ]定义为残余应力场控制因子；步骤2：确定残余应力场控制因子与铣削工艺参数关系模型：二者的关系模型如下：Aλ=mA0mAX1...mAX32mλ0mλX1...mλX321X1...X32]]>式中，X1、X2和X3分别为刀具后刀面磨损量、刀轴倾角和铣削深度的编码值；miX是工艺参数X对残余应力场控制因子[A，λ]的影响因子；步骤3：对铣削工艺参数进行编码：选取刀具后刀面磨损量、刀轴倾角和铣削深度作为自变量，并进行编码：X1＝(VB‑VB0)/(VB+1‑VB0)X2＝(β‑β0)/(β+1‑β0)X3＝(ap‑ap0)/(ap+1‑ap0)式中，VB、β和ap为刀具后刀面磨损量、刀轴倾角和铣削深度的实际值；VB0、β0和ap0为编码值0处的实际值；VB+1、β+1和ap+1为编码值+1处的实际值；步骤4：设计试验方案，进行铣削试验：根据刀具后刀面磨损量、刀轴倾角和铣削深度的编码值，采用三因素五水平二阶可旋转外切中心复合响应曲面法进行铣削试验；步骤5：残余应力场测试：采用X射线衍射法对不同铣削工艺参数下的残余应力进行测量；步骤6：求解残余应力场控制因子：分析步骤5中得到的数据，绘制残余应力沿表面下深度变化曲线，基于最小二乘法，采用步骤1中的指数衰减函数拟合该曲线，得到不同铣削工艺参数下的残余应力场控制因子；步骤7：求解残余应力场控制因子与铣削工艺参数关系模型：采用多元线性回归分析求解残余应力场控制因子与铣削工艺参数的关系模型：A＝‑0.37‑0.1X1+0.065X2‑0.088X3λ＝11.62‑3.89X1+3.1X2‑1.07X3‑1.58X1X2‑1.8X1X3+3.13X2X3+2.13X12步骤8：模型的应用及验证：在所选铣削工艺参数范围内，任取一组刀具后刀面磨损量、刀轴倾角和铣削深度进行铣削试验，对残余应力场进行测试，获得残余应力场试验值；步骤9：将步骤8中所选铣削工艺参数按步骤3进行编码，将编码值代入步骤7求解的残余应力场控制因子与铣削工艺参数的关系模型，即可求得残余应力场控制因子；步骤10：将残余应力场控制因子和归一化后的表面下深度代入步骤1中的指数衰减函数模型，即可获得该深度下归一化后的残余应力值；步骤11：最后按照步骤6中的归一化公式对表面下深度和残余应力值进行解码，得到残余应力沿表面下深度分布曲线；步骤12：将残余应力场模型预测值与试验测试值进行比较，验证模型的准确性；步骤5所述采用X射线衍射法对不同铣削工艺参数下的残余应力进行测量，为了获得残余应力沿表面下深度分布，使用电解抛光机沿试样表面法向对试样进行腐蚀剥层，每次剥层后再测量残余应力，记录剥层深度及相应层深处的残余应力数据，直至残余应力数据达到稳定状态；所述步骤6之求解残余应力场控制因子，为提高数据拟合的精度，在拟合前对测得的表面下深度数据和残余应力数据分别进行归一化处理，将其转换为无量纲的量；式中，σ归一为归一化后残余应力；h归一为归一化后表面下深度；σ实际为实际残余应力；h实际为实际表面下深度；σmin和σmax为实际残余应力最小值和最大值；hmin和hmax为实际表面下深度最小值和最大值。