气体淬火工艺参数多目标优化方法-机械工程学报.PDF

第 43 卷第 1 期 机 械 工 程 学 报 Vol.43 No.1 2007 年 1 月 CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Jan. 2007 气体淬火工艺参数多目标优化方法* 1 1 2 1 李辉平 赵国群 黄传真 牛山廷 (1 ．山东大学材料科学与工程学院 济南 250061 ； 2 ．山东大学机械工程学院 济南 250061) 摘要：以平面应变问题气体淬火过程为研究对象，提出区域表面传热系数模型，根据此模型选择5 个设计量进行 5 因子 5 水平中心复合试验设计。将设计的变量代入自行开发的淬火过程有限元分析软件进行计算，得到拟合变 形程度、表面平均等效残余应力、平均表面硬度和表面硬度标准差的响应曲面公式。以变形程度、表面硬度和表 面等效残余应力等为目标，建立多目标优化函数，并对多目标优化函数进行非线性优化。将优化结果代入淬火过 程有限元模拟软件进行计算，并比较优化前后的数值。结果表明：用优化后的工艺参数进行淬火，可以提高零件 的淬火质量，优化后各项指标均得到提高。 关键词：气体淬火 优化方法 工艺参数 多目标 中图分类号：TG153 [5] 艺。张丽萍 以淬火温度、淬火保温时间、回火温 * 0 前言 度和回火保温时间为设计因素进行试验，运用线性 回归、均匀设计和最优化方法，获得了 30CrMoSiA 随着现代科学技术的发展，对机械零件的性能 调质处理的最佳工艺条件。栗和平等[6] 以淬火温度、 和可靠性的要求越来越高，气体淬火作为改变和提 淬火时间和淬火介质为设计因素，以试验结果为依 高材料性能的重要手段，在制造业领域被广泛地应 据用正交设计方法对 0Gr19Ni9 中厚板热处理工艺 用。但是，淬火变形和残余应力长期以来一直困扰 进行优化，得到了较好的中厚板热处理工艺参数。 着工艺技术人员，是阻碍机械制造和工模具制造进 为了得到理想的淬火结果并提高零件的淬火质 步的难题之一。在气体淬火过程中，有多个工艺参 量，为气体淬火过程选择最佳的工艺参数是一项非 数会对零件变形、硬度和残余应力等淬火结果造成 常有意义的研究工作。本文选择一个平面应变零件 影响，为了达到要求的淬火结果，选择合适的淬火 为对象，对其气体淬火过程进行研究，提出区域表 工艺参数是非常重要的。目前，试错法被广泛地用 面传热系数模型，并根据此模型进行了中心复合实 来选择淬火工艺参数，但是试错法要做大量的尝试 验设计，以变形程度、表面硬度和表面等效残余应 试验，花费较高，另外试错法也无法保证为淬火零 力等为目标，建立多目标优化函数，用改进的目标 件找到最佳的淬火工艺参数。 逼近法对多目标优化函数进行带上下限并且没有约 在淬火过程工艺参数的优化方面，国内外许多 束函数的非线性优化。 学者针对相应目标对其工艺参数进行了优化。 RÖHL 等[1]用改进的遗传算法优化了涡轮盘的冷却