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1、10申请公布号CN102053612A43申请公布日20110511CN102053612ACN102053612A21申请号201010614544922申请日20101230G05B19/418200601C21D7/0420060171申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号72发明人骆红云韩志远吕扬邹健钟群鹏74专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人李有浩54发明名称基于TS模型的熨压力优化系统57摘要本发明公开了一种基于TS模型的熨压力优化系统，该系统弹塑性边界计算单元1依据弹性和塑性边界条件关系对EP1E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，L。
2、，R进行处理得到H1L，R和H2L，R；熨压力计算单元2依据熨压弹性力、弹塑性力和塑性力关系对EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，H0，H，L，R进行处理得到总熨压力；熨压力优化单元3对总熨压力进行判断是否满足加工最优条件1，2。本发明通过建立弹塑性接触模型，并输入材料和加工参数信息对熨压过程熨压力进行模拟和优化。应用本发明能够效地模拟不同熨压深度和熨压转速下的熨压力大小，从而优化了车床加工中熨压工艺的加工参数，并提高了加工质量和效率。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页CN102053619A1/2页21一种基于TS模。
3、型的熨压力优化系统，该系统属于车床加工中熨压工艺的加工参数优化，其特征在于该系统由弹塑性边界计算单元1，熨压力计算单元2和熨压力优化单元3组成；其中，弹塑性边界计算单元1由弹性边界计算模块11和塑性边界计算模块12组成；其中，熨压力计算单元2由弹性力计算模块21、弹塑性力计算模块22和塑性力计算模块23组成；弹塑性边界计算单元1中的弹性边界计算模块11依据弹性边界条件关系对弹塑边界参数信息EP1E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，L，R进行处理，得到弹性边界条件H1L，R；弹塑性边界计算单元1中的塑性边界计算模块12依据塑性边界条件关系对弹塑边界参数信息EP1E1，E2，V1，V2，H。
4、，D，R1，R2，L，R进行处理，得到塑性边界条件H2L，R。K表示平均接触压力因子。M表示应变速率指数。R表示当量微突体曲率半径，且E表示当量弹性模量，且熨压力计算单元2中的弹性力计算模块21依据熨压弹性力关系对熨压参数信息EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，H0，H，L，R进行处理，得到熨压弹性力E；其中S表示压头与加工零件表面的接触面积，单位MM2。表示对高度H的分布函数H由H0到H1L，R积分。熨压力计算单元2中的弹塑性力计算模块22依据熨压弹塑性力关系对熨压参数信息EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，H0，H，L，R进行处理，得到熨压弹塑性力EP；其中。
5、，表示对高度H的分布函数H由H1L，R到H2L，R的积分。熨压力计算单元2中的塑性力计算模块23依据熨压塑性力关系权利要求书CN102053612ACN102053619A2/2页3对熨压参数信息EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，H0，H，L，R进行处理，得到熨压塑性力P；其中，表示对高度H的分布函数H由H2L，R到正无穷的积分。熨压力优化单元3对接收到的总熨压力进行判断是否满足加工最优条件1，2，若是，则结束并使用加工参数L，R进行零件加工；若否，则调整输入加工参数L，R，重新顺次进行弹塑性边界计算单元1、熨压力计算单元2和熨压力优化单元3的处理直到满足加工最优条件1，2。。
6、车床在加工零件中，零件材料弹性模量记为E1、压头材料弹性模量记为E2、加工零件材料泊松比记为V1、压头材料泊松比记为V2、加工零件硬度记为H、加工零件直径记为D、加工零件表面微凸体等效半径记为R1、压头表面微凸体等效半径记为R2，加工零件表面微凸体密度记为、加工零件表面微凸体初始平均高度记为H0、加工零件表面微突体高度H分布函数记为H、加工零件中需要设置的加工参数有熨压深度记为L、熨压转速记为R。2根据权利要求1所述的基于TS模型的熨压力优化系统，其特征在于弹塑性边界计算单元1能够确定出熨压过程中的弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段。3根据权利要求1所述的基于TS模型的熨压力优化系统，其特征在于该。
7、系统适用于不锈钢圆柱件的表面加工。权利要求书CN102053612ACN102053619A1/5页4基于TS模型的熨压力优化系统技术领域0001本发明涉及一种适用于车床加工的熨压力优化技术，更特别地说，是指一种针对零件表面熨压处理过程，采用TS弹塑性接触模型对加工过程中熨压力进行模拟和优化的系统，从而能够通过控制熨压参数来调整熨压加工中的力大小，并达到优化加工参数提高加工零件表面质量的效果。背景技术0002目前在汽车、航天、轻工等工业中，一些重要零部件如变速箱、油缸、汽缸体、发动机活塞、活塞杆、销孔、化油器等需要相互精密配合的零件，对尺寸精度、表面粗糙度要求越来越高，而且要求在工件表面有残余。
8、压应力，以提高工件的抗疲劳强度和抗腐蚀能力。这类零件传统上常采用磨削加工和喷丸处理。这些加工方法生产效率低、生产成本高，也很不经济。在传统的加工工艺中，加工过的工件表面往往会留下刀痕，这也是影响工件表面质量的主要原因。而熨压工艺能很好的解决以上问题。以达到改善产品质量、降低成本、提高使用性能的目的。弹性熨压加工属于无屑加工，不需要再添加新的设备，可以以熨代磨，是一种高效低成本、实用性强的新工艺。0003熨压力是指熨压刀具在熨压过程中沿垂直于试样表面方向所受到的力的作用，由于采用了不同熨压参数，因此熨压力力会受很多熨压参数的影响，如熨压深度L微米，熨压转速R转/分钟等。熨压力的大小会直接影响加工。
9、表面的残余应力，表面粗糙度等特性，从而影响熨压加工质量。因而根据熨压参数模拟和优化熨压力大小将对控制熨压零件表面质量起到关键作用。发明内容0004为了有效模拟和优化熨压过程中的熨压力，本发明提出了一种基于弹塑性接触模型的熨压力优化系统。该系统通过分析输入的熨压加工的材料和工艺参数，判断熨压零件表面弹塑性边界，并由此基于建立的弹塑性接触模型计算熨压力大小，并调整参数进行优化。该系统能够有效地模拟不同熨压深度和熨压转速下的熨压力大小，从而优化了熨压工艺的加工参数，并提高了加工质量和效率。0005本发明的一种基于弹塑性接触模型的熨压力优化系统，该系统属于车床加工中熨压工艺的加工参数优化，该系统由弹塑。
10、性边界计算单元1，熨压力计算单元2和熨压力优化单元3组成；其中，弹塑性边界计算单元1由弹性边界计算模块11和塑性边界计算模块12组成；其中，熨压力计算单元2由弹性力计算模块21、弹塑性力计算模块22和塑性力计算模块23组成；0006弹塑性边界计算单元1中的弹性边界计算模块11依据弹性边界条件关系对弹塑边界参数信息EP1E1，E2，V1，V2，H，D，R1，说明书CN102053612ACN102053619A2/5页5R2，L，R进行处理，得到弹性边界条件H1L，R；0007弹塑性边界计算单元1中的塑性边界计算模块12依据塑性边界条件关系对弹塑边界参数信息EP1E1，E2，V1，V2，H，D，。
11、R1，R2，L，R进行处理，得到塑性边界条件H2L，R；0008熨压力计算单元2中的弹性力计算模块21依据熨压弹性力关系对熨压参数信息EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，H0，H，L，R进行处理，得到熨压弹性力E；0009熨压力计算单元2中的弹塑性力计算模块22依据熨压弹塑性力关系对熨压参数信息EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，H0，H，L，R进行处理，得到熨压弹塑性力EP；0010熨压力计算单元2中的塑性力计算模块23依据熨压塑性力关系对熨压参数信息EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，H0，H，L，R进行处理，得到熨压塑性力P；0011熨压力。
12、优化单元3对接收到的总熨压力进行判断是否满足加工最优条件1，2，若是，则结束并使用加工参数L，R进行零件加工；若否，则调整输入加工参数L，R，重新顺次进行弹塑性边界计算单元1、熨压力计算单元2和熨压力优化单元3的处理直到满足加工最优条件1，2。0012本发明基于TS模型的熨压力优化系统优点在于0013A本发明解决了对熨压过程中熨压力选择上的盲目性和经验性。从弹塑性理论模型基础上推导了与材料参数和熨压工艺参数相关的熨压力大小。从而能够对优化熨压力和熨压质量起到关键作用，使得熨压工艺更加经济实用。0014B本发明所需要的输入参数获取简单合理，易于获得和后续处理，具有较强的适用性，便于应用和进一步补。
13、充修正。0015C本发明在预测熨压力的过程中包含了材料的本身性能以及加工参数对熨压力可能造成的影响，在本发明的模型中能够充分考虑如熨压深度，熨压转速对熨压力所起的作用。因此适用范围全面，能够有效应用到实际生产中。附图说明0016图1是车床控制主机中存储的本发明零件熨压力优化系统的结构框图。0017图2是本发明弹塑性边界计算单元的结构框图。0018图3是本发明熨压力计算单元结构框图。0019图中1弹塑性边界计算单元11弹性边界计算模块说明书CN102053612ACN102053619A3/5页6002012塑性边界计算模块2熨压力计算单元002121弹性力计算单元22弹塑性力计算单元00222。
14、3塑性力计算单元3熨压力优化单元具体实施方式0023下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。0024本发明的一种基于TS模型的熨压力优化系统，该系统通过分析输入的熨压加工的材料和工艺参数，判断熨压零件表面弹塑性边界，并由此基于建立的弹塑性接触模型TS模型计算熨压力大小，并调整参数进行优化。该系统能够有效地模拟不同熨压深度和熨压转速下的熨压力大小，从而优化了熨压工艺的加工参数，并提高了加工质量和效率。0025参见图1、图2、图3所示，本发明的一种基于TS模型的熨压力优化系统，该系统由弹塑性边界计算单元1，熨压力计算单元2和熨压力优化单元3组成；0026其中弹塑性边界计算单元1由弹性边界。
15、计算模块11和塑性边界计算模块12组成；0027熨压力计算单元2由弹性力计算模块21、弹塑性力计算模块22和塑性力计算模块23组成。0028一弹塑性边界计算单元10029本发明弹塑性边界计算单元1接收加工零件的零件材料弹性模量E1GPA、压头材料弹性模量E2GPA、加工零件材料泊松比V1、压头材料泊松比V2、加工零件硬度HGPA、加工零件直径DMM、加工零件表面微凸体等效半径R1M、压头表面微凸体等效半径R2M，以及加工参数中的熨压深度LM和熨压转速RREV/MIN；对弹塑性边界计算单元1接收的弹塑边界参数信息采用数学集合形式表达为EP1E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，L，R。00。
16、30在本发明中，弹塑性边界计算单元1基于弹塑性接触模型对弹塑性边界进行计算。该模型将弹性熨压过程中压头与材料表面的作用分为弹性力阶段，弹塑性力阶段和塑性力阶段。弹性力阶段压头压入深度较小，材料表面变形量较小因此主要是弹性变形；塑性力阶段压头压入深度大，材料表面变形量较大因此基本都是塑性变形；而弹塑性力阶段介于两者之间，混合了弹性变形和塑性变形两种形式。本单元确定弹性力阶段边界和塑性力阶段边界，才能进一步计算各阶段力情况。0031弹塑性边界计算单元1中的弹性边界计算模块11依据弹性边界条件关系对弹塑边界参数信息EP1E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，L，R进行处理，得到弹性边界条件H1。
17、L，R；0032弹塑性边界计算单元1中的塑性边界计算模块12依据塑性边界条件关系对弹塑边界参数信息EP1E1，E2，V1，V2，H，D，说明书CN102053612ACN102053619A4/5页7R1，R2，L，R进行处理，得到塑性边界条件H2L，R。0033K表示平均接触压力因子。0034M表示应变速率指数。0035R表示当量微突体曲率半径，且0036E表示当量弹性模量，且0037在本发明中，弹塑性边界计算单元1能够确定出熨压过程中的弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段，即简称为弹塑性接触TS模型。0038二熨压力计算单元20039本发明熨压力计算单元2接收加工零件的零件材料弹性模量E1GPA。
18、、压头材料弹性模量E2GPA、加工零件材料泊松比V1、压头材料泊松比V2、加工零件硬度HGPA、加工零件直径DMM、加工零件表面微凸体等效半径R1M、压头表面微凸体等效半径R2M、加工零件表面微凸体密度1/M2、加工零件表面微凸体初始平均高度H0M即表面粗糙度、加工零件表面微突体高度H分布函数H，以及加工参数中的熨压深度LM和熨压转速RREV/MIN；对熨压力计算单元2接收的熨压参数信息采用数学集合形式表达为EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，H0，H，L，R。0040熨压力计算单元2中的弹性力计算模块21依据熨压弹性力关系对熨压参数信息EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，。
19、R1，R2，H0，H，L，R进行处理，得到熨压弹性力E；其中S表示压头与加工零件表面的接触面积，单位MM2。表示对高度H的分布函数H由H0到H1L，R积分。0041熨压力计算单元2中的弹塑性力计算模块22依据熨压弹塑性力关系对熨压参数信息EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，H0，H，L，R进行处理，得到熨压弹塑性力EP；其中，表示对高度H的分布函数H由H1L，R到H2L，R的积分。0042熨压力计算单元2中的塑性力计算模块23依据熨压塑性力关系对熨压参数信息EPF2E1，E2，V1，V2，H，D，R1，R2，H0，H，L，R进行处理，得到熨压塑性力P；其中，表示对高度H的分布函。
20、数H由H2L，R到正无穷的积分。0043在本发明中，熨压力计算单元2最终输出的总熨压力EEPP，即计算得到的总熨压力输出可以表示为弹性力，弹塑性力和塑性力之和。0044三熨压力优化单元30045熨压力优化单元3对接收到的总熨压力进行判断是否满足加工最优条件说明书CN102053612ACN102053619A5/5页81，2，若是，则结束并使用加工参数L，R进行零件加工；若否，则调整输入加工参数L，R，重新顺次进行弹塑性边界计算单元1、熨压力计算单元2和熨压力优化单元3的处理直到满足加工最优条件1，2。0046加工最优条件1，2中1表示加工零件所需材料在选取的熨压方式下的熨压力最优下限值，2表。
21、示加工零件所需材料在选取的熨压方式下的熨压力最优上限值。0047实施例10048对321不锈钢管件外径进行熨压加工处理，该钢管外径D16MM。首先将前期对该不锈钢的力学性能测试，硬度测试以及表面粗糙度结果录入本系统，则输出需要的材料参数有以下零件与压头弹性模量E1和E2分别为E1206GPA，E2850GPA；泊松比分别为V1031，V20086；零件硬度H35GPA；经测量零件及压头表面微凸体等效半径分别为R1300M和R210M；表面微凸体密度3109M2；表面微凸体初始平均高度HO1215M；表面微突体高度分布函数H满足正态分布，正态分布的均值和标准差分别为12M和099M。0049另外，输入熨压参数为熨压深度L10M，熨压转速R1500REV/MIN，另外熨压进给量为10M/REV，压头直径为2MM。0050将以上参数输入到车床加工系统中进行计算后加工控制，得到模拟结果为熨压力为1447N。321不锈钢管件在加工中的熨压力范围为1015N。熨压力在该最优范围内，因此该熨压力下可达到最优表面加工质量。结果显示该参数下熨压后表面粗糙度明显优于其它参数加工粗糙度，因此说明本基于弹塑性接触模型的熨压力优化系统是准确而有效的。说明书CN102053612ACN102053619A1/1页9图1图2图3说明书附图CN102053612A。