數(shù)控超聲波噴丸校形工藝研究與預測模型建立.pdf

1、為適應航空航天飛行器高速、高機動性能的發(fā)展需要,整體結構件日趨大型化、復雜化,在制造精度、疲勞性能等方面的要求越來越高。數(shù)控超聲波噴丸是一種高精度、高應變速率下的強化與成形技術,受結構件材料、形狀和尺寸的影響小,并能大幅度提高噴丸后工件的綜合性能,因而數(shù)控超聲波噴丸在航空航天壁板類零件的成形和校形應用中意義重大。本文對單曲度2024-T351鋁合金變形試驗件進行了數(shù)控超聲波噴丸校形技術工藝研究,創(chuàng)建并驗證了超聲波噴丸校形工藝預測模型,論

2、文主要研究工作及結論如下:
　　(1)分析了超聲波噴丸校形物理過程和噴丸殘余應力的引入機理,推導出殘余應力與校形量的理論公式,并分析了沖擊角度對噴丸殘余應力的影響。研究表明,沖擊角度影響噴丸殘余應力的釋放和引入,非垂直沖擊時沖擊動能對回彈所需能量的轉化率降低。噴丸校形量取決于材料屬性、噴丸強度和噴丸路徑。
　　(2)進行了單曲度鋁合金變形試驗件的數(shù)控超聲波噴丸校形工藝試驗,定量研究了噴丸工藝參數(shù)對校形效果的影響。研究表明,校

3、形試驗件的中點校形量對校形效果影響顯著,中點校形量隨噴丸區(qū)域寬度的增加而增加,隨進給速度、噴丸軌跡間距和噴丸電流的增大先增大后減小。不恰當?shù)墓に噮?shù)會導致“局部凸點”和“凸起”現(xiàn)象,“局部凸點”現(xiàn)象通過調節(jié)噴丸區(qū)域寬度、進給速度、初始變形量或噴丸電流加以消除,“凸起”現(xiàn)象通過調節(jié)進給速度加以抑制。
　　(3)采用 ABAQUS模擬軟件分析了數(shù)控超聲波噴丸校形工藝參數(shù)對校形量的影響及其與工藝試驗效果的吻合度。結果表明,模擬結果與試驗

4、結果的吻合度較高,兩者數(shù)據(jù)點平均誤差0.026mm,平均誤差率5.5％,所采用的超聲波噴丸校形模擬方法是合理、可靠的。
　　(4)探索了采用 BP神經網(wǎng)絡建立超聲波噴丸校形預測模型的方法,對預測模型隱含層節(jié)點數(shù)量進行了優(yōu)化研究,并采用ABAQUS有限元模擬增加了模型數(shù)據(jù)量,提高了網(wǎng)絡泛化能力。研究表明,隱含層節(jié)點數(shù)為4時網(wǎng)絡精度最高,網(wǎng)絡泛化能力提高后模型預測誤差均值由0.05mm降為0.02mm,所建立的預測模型在帶筋鋁合金變形