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超声冲击45钢表面完整性多目标参数优化

寇英涛 李艳洁 汪云燕 周征

寇英涛,李艳洁,汪云燕, 等. 超声冲击45钢表面完整性多目标参数优化[J]. 机械科学与技术,2022,41(9):1340-1345 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200504
引用本文: 寇英涛,李艳洁,汪云燕, 等. 超声冲击45钢表面完整性多目标参数优化[J]. 机械科学与技术,2022,41(9):1340-1345 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200504
KOU Yingtao, LI Yanjie, WANG Yunyan, ZHOU Zheng. Multi-objective Parameter Optimization for Ultrasonic Impact Surface Integrity of 45 Steel[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(9): 1340-1345. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200504
Citation: KOU Yingtao, LI Yanjie, WANG Yunyan, ZHOU Zheng. Multi-objective Parameter Optimization for Ultrasonic Impact Surface Integrity of 45 Steel[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(9): 1340-1345. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200504

超声冲击45钢表面完整性多目标参数优化

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200504
基金项目: 国家自然科学基金项目(31971803)
详细信息
    作者简介:

    寇英涛(1994−),硕士研究生,研究方向为表面完整性控制,kyt091366@163.com

    通讯作者:

    李艳洁,副教授,硕士生导师, liyanjie@bjfu.edu.cn

  • 中图分类号: TG663;TG668

Multi-objective Parameter Optimization for Ultrasonic Impact Surface Integrity of 45 Steel

  • 摘要: 为获得超声冲击45钢轴表面完整性工艺波动性和最佳工艺参数。对45钢开展超声冲击正交试验。采用信噪比方法,分析了转速、进给速度和过盈量对表面完整性(表面粗糙度、表面硬度和表面残余应力)影响的显著程度;结合灰关联度方法进行多目标参数优化,得到超声冲击45钢表面完整性最优工艺参数组合。试验结果表明:工艺参数影响表面完整性的重要程度依次为:转速,过盈量,进给速度;最优工艺参数为转速45 r/min,进给速度0.18 mm/r,过盈量0.025 mm。使用优化参数对工件开展验证试验发现能够显著降低表面粗糙度、提高表面硬度和表面残余压应力,进一步证明了优化参数的可靠性。
  • 图  1  超声冲击强化试验示意图

    图  2  超声冲击和车削对表面形貌的影响

    表  1  试验因素水平表

    水平 A/(r·min−1) B/(mm·r−1) C/mm
    1 15 0.06 0.010
    2 25 0.12 0.015
    3 35 0.18 0.020
    4 45 0.24 0.025
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    表  2  正交试验结果


    A/(r·min−1 B/(mm·r−1 C/mm Ra/μm 硬度/HV σ/MPa
    1 15 0.06 0.010 0.87 246.2 −685.24
    2 15 0.12 0.015 0.93 256.2 −658.81
    3 15 0.18 0.020 1.07 229.5 −656.6
    4 15 0.24 0.025 1.43 243.1 −716.19
    5 25 0.06 0.015 0.62 234.1 −782.10
    6 25 0.12 0.010 0.86 212.5 −782.02
    7 25 0.18 0.025 0.58 242.7 −827.44
    8 25 0.24 0.020 0.83 241.5 −790.70
    9 35 0.06 0.020 0.56 241.9 −730.28
    10 35 0.12 0.025 0.68 262.8 −748.77
    11 35 0.18 0.010 0.87 253.8 −759.16
    12 35 0.24 0.015 0.80 238.0 −783.83
    13 45 0.06 0.025 0.60 239.2 −812.51
    14 45 0.12 0.020 0.56 240.1 −776.80
    15 45 0.18 0.015 0.46 232.4 −799.38
    16 45 0.24 0.010 0.60 242.0 −780.67
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    表  3  各试验指标的信噪比

    序号 信噪比S/N 量纲一化值xmn 灰关联度系数 灰关联度
    Ra/μm 硬度/HV σ/MPa Ra/μm 硬度/HV σ/MPa Ra/μm 硬度/HV σ/MPa
    1 1.19 47.83 56.72 0.44 0.69 0.18 0.59 0.72 0.49 0.60
    2 0.59 48.17 56.38 0.37 0.88 0.01 0.56 0.87 0.45 0.63
    3 −0.56 47.21 56.35 0.26 0.36 0.00 0.52 0.56 0.44 0.51
    4 −3.13 47.72 57.10 0.00 0.63 0.37 0.44 0.69 0.56 0.56
    5 4.19 47.39 57.87 0.75 0.46 0.76 0.76 0.60 0.77 0.71
    6 1.28 46.55 57.86 0.45 0.00 0.76 0.59 0.44 0.76 0.60
    7 4.69 47.70 58.35 0.80 0.63 1.00 0.80 0.68 1.00 0.83
    8 1.66 47.66 57.96 0.49 0.60 0.80 0.61 0.67 0.80 0.69
    9 4.98 47.67 57.27 0.83 0.61 0.46 0.82 0.67 0.59 0.69
    10 3.41 48.39 57.49 0.67 1.00 0.57 0.71 1.00 0.65 0.78
    11 1.24 48.09 57.61 0.44 0.84 0.63 0.59 0.8 0.68 0.71
    12 1.89 47.53 57.88 0.51 0.53 0.77 0.62 0.63 0.77 0.68
    13 4.41 47.57 58.20 0.77 0.56 0.92 0.78 0.64 0.91 0.78
    14 4.99 47.61 57.81 0.83 0.57 0.73 0.82 0.65 0.75 0.74
    15 6.70 47.32 58.06 1.00 0.42 0.85 1.00 0.58 0.84 0.81
    16 4.40 47.68 57.85 0.77 0.61 0.75 0.77 0.67 0.76 0.74
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    表  4  各因子的灰关联度均值

    因子 灰关联度均值 极值
    1 2 3 4
    A 0.57 0.71 0.71 0.76 0.19
    B 0.69 0.69 0.71 0.67 0.04
    C 0.66 0.70 0.66 0.74 0.08
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    表  5  最优参数下的试验指标

    编号 Ra/μm 硬度/HV σ/MPa
    1 0.43 258.6 −841.52
    2 0.41 260.5 −847.71
    3 0.42 257.8 −839.26
    均值 0.42 260.0 −842.83
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-22
  • 刊出日期:  2022-09-05

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