一种液压缸用关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化方法

本发明涉及液压缸用关节轴承套圈表面性能强化处理，具体的说是一种液压缸用关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化方法。

背景技术：

1、关节轴承是支撑机械设备中液压缸的重要基础件零件，其表面性能直接影响轴承的运行可靠性和疲劳寿命。为了提高关节轴承的表面强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能，一种复合表面强化技术——超声滚压强化技术，已经引起了国内外学者的广泛关注。该技术综合了传统滚压和超声加工的材料去除方式，在增加残余应力提高表面完整性、抗疲劳、抗腐蚀、耐磨损等方面具有显著的优势。然而，针对球面的超声滚挤压工艺参数优化方法目前鲜有报道，因此开展超声滚挤压关节轴承表面性能研究，求得工艺参数的最优解，在关节轴承等重要零部件的表面改善和寿命延长方面具有重要的指导意义。

2、关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化是一个多因素多目标优化问题，处理这类问题的常用方法有单因素试验法、正交试验法和响应面法等，正交试验对研究单因素与目标函数之间的关系具有优异性，而响应法在分析多因素之间交互作用于目标函数的关系时更具优势，并且能够验证正交试验的分析结果，因此本发明采用正交试验和响应面法结合的分析方法。目前对于轴承表面超声滚挤压工艺参数的研究通常采用采用超声滚挤压后的轴承表面性能作为定量进行分析，忽略了不同初始表面性能对超声滚挤压工艺的影响。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种液压缸用关节轴承超声滚挤压工艺参数优化方法，通过研究超声滚挤压的工艺参数对关节轴承表面性能的影响，对超声滚挤压工艺参数进行优化，得到最优参数域，从而提高关节轴承的表面性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

3、一种液压缸用关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化方法，包括以下步骤：

4、s1、通过单因素试验确定超声滚挤压工艺中四个工艺参数的初步范围，对各个工艺参数划分水平，设计四因素五水平正交试验，根据设计的正交试验数据进行超声滚挤压加工试验，在超声滚挤压前后，分别对关节轴承表面性能表征参数中各个表征参数进行测试，并记录试验结果；

5、s2、对各个表征参数在超声滚挤压加工试验前后的测试结果进行方差分析，得到各工艺参数及其交互作用对关节轴承表面性能的影响程度；

6、s3、建立关节轴承表面性能表征参数关于工艺参数的二阶响应面模型，并验证其精准性；

7、s4、通过改进的遗传算法对建立的二阶响应面模型进行多目标优化；

8、s5、确定全局最优的超声滚挤压工艺参数域以及最优的关节轴承表面性能表征参数域，并验证其准确性。

9、进一步地，步骤s1中，超声滚挤压工艺中四个工艺参数为转速、进给速度、振幅和预紧压力。

10、进一步地，步骤s1中，关节轴承表面性能表征参数包括表面粗糙度、残余应力和表面硬度。

11、进一步地，步骤s2中，基于正交试验数据，采用design-expert软件进行方差分析，得到单个超声滚挤压加工参数和多个工艺参数之间的交互作用对轴承表面性能的影响程度。

12、进一步地，步骤s3中，二阶响应面模型为：

13、

14、其中，α0为常数项；αi为一次项系数；αij为交互项系数；αii为平方项系数；xi，xj为工艺参数，n为工艺参数的个数；y为关节轴承表面性能表征参数。

15、进一步地，步骤s4中，通过改进的遗传算法对建立的二阶响应面模型进行多目标优化的具体方法为：

16、s41、初始化参数；

17、s42、随机生成一个初始种群，并计算每个个体的目标函数值和适应度值；

18、s43、进行选择操作，根据适应度值选择一定数量的个体组成新的种群；

19、s44、进行交叉操作，根据交叉概率选择一定数量的个体进行配对，然后使用一定的交叉规则产生新的个体；

20、s45、进行变异操作，根据变异概率选择一定数量的个体进行变异，然后使用一定的变异规则产生新的个体；

21、s46、对每个个体调用模拟退火算法进行改进，使用温度参数和接受准则来控制改进的程度和方向，最终得到改进后的个体；

22、s47、判断是否达到终止条件，如果是，则输出最优解和最优值；如果否，则返回步骤s43，继续迭代。

23、进一步地，关节轴承的材质为gcr15。

24、有益效果：

25、1)、本发明基于模拟退火算法，以超声滚挤压各工艺参数为优化对象，gcr15关节轴承表面性能为优化目标，以滚挤压前后关节轴承表面性能的差值作为定量数据进行方差分析，可以消除初始表面性能的影响，更准确地反映超声滚挤压工艺参数的影响程度；

26、2)、将模拟退火算法作为遗传算法的改进策略，结合模拟退火算法较强的全局搜索能力，可以跳出局部最优解，发现更多的全局最优解；同时结合分层序列法可在实际加工中根据不同场合优先考虑对更重要的表面性能表征参数进行优化。

技术特征：

1.一种液压缸用关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种液压缸用关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化方法，步骤s1中，超声滚挤压工艺中四个工艺参数为转速、进给速度、振幅和预紧压力。

3.根据权利要求1所述的一种液压缸用关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化方法，步骤s1中，关节轴承表面性能表征参数包括表面粗糙度、残余应力和表面硬度。

4.根据权利要求1所述的一种液压缸用关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化方法，步骤s2中，基于正交试验数据，采用design-expert软件进行方差分析，得到单个超声滚挤压加工参数和多个工艺参数之间的交互作用对轴承表面性能的影响程度。

5.根据权利要求1所述的一种液压缸用关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化方法，步骤s3中，二阶响应面模型为：

6.根据权利要求1所述的一种液压缸用关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化方法，步骤s4中，通过改进的遗传算法对建立的二阶响应面模型进行多目标优化的具体方法为：

7.根据权利要求1所述的一种液压缸用关节轴承表面超声滚挤压工艺参数优化方法，其特征在于，关节轴承的材质为gcr15。

技术总结
本发明公开了一种液压缸用关节轴承超声滚挤压工艺参数优化方法，该优化方法为：设计四因素五水平正交试验，测试加工前后关节轴承表面性能表征参数；然后对各个表征参数的测试结果进行方差分析，得到各工艺参数及其交互作用对关节轴承表面性能的影响程度；之后建立关节轴承表面性能表征参数关于工艺参数的二阶响应面模型，并验证其精准性；再通过改进的遗传算法对建立的二阶响应面模型进行多目标优化；最后确定全局最优的超声滚挤压工艺参数域以及最优的关节轴承表面性能表征参数域，并验证其准确性。通过研究超声滚挤压的工艺参数对关节轴承表面性能的影响，对超声滚挤压工艺参数进行优化，得到最优参数域，从而提高关节轴承的表面性能。

技术研发人员：马喜强,张浩,金鑫,游锦源,靳东亮,郭楠,杨芳,王晓强
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25