申请/专利权人：西安理工大学

申请日：2022-02-21

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN114515770B

主分类号：B21D3/00

分类号：B21D3/00;B21D37/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2022.06.07#实质审查的生效;2022.05.20#公开

摘要：本发明公开了一种剖分式圆弧滚动导轨轨道变形的激光残余热变形校正方法。通过激光照射轨道圆弧表面，改变表面金相组织，产生表面应力，使圆弧轨道形状发生变化，进而改变轨道的圆度。

主权项：1.剖分式圆弧滚动导轨轨道变形的激光残余热变形校正方法，其特征在于：具体包括如下过程：对于圆弧开口变形的导轨轨道，采用激光扫描圆弧导轨轨道的内壁；对于整体开口变形的圆弧形轨道，用激光连续照射圆弧形轨道表面，轨道两端表面获得的热能小于轨道中间表面获得的热能；激光照射过程中，扫描功率不变，扫描速度变；对于整体开口变形的圆弧形轨道，激光扫描速度的变化规律为：圆弧导轨轨道的两端扫描速度比圆弧导轨轨道中间的扫描速度快；对于轨道圆弧局部圆度变形，采用局部激光照射；对于圆弧开口变大的情况，半环材料为45钢，采用大功率宽斑激光束照射半环内壁，照射过程中激光束功率不变，只改变激光束在内壁上扫描的速度，使得内壁获得的能量分布为：两端能量低，中间能量高，能量分布连续变化，使得半环开口收缩，从而降低圆度误差；具体过程如下：首先采用与半环相同材料的45钢试样从室温整体加热到一定温度后再冷却到室温，测量其尺寸变化，如果试样原有尺寸为l0，加热冷却后尺寸为l1，则按下式计算热残余应变： 对于圆弧开口变大的情况，半环材料为45钢，在有限元软件中建立半环的有限元模型，并在内壁处按激光光斑宽度和初始设置的激光加热区深度分割出加热区和非加热区，在非加热区采用45钢的材料参数，在加热区采用修正的45钢材料参数，即将材料的热残余应变按下列方式引入材料应变中：总应变ε的表达式为：ε＝εm-β；其中，εm表示材料本身的应变；此时，热残余应变β用45刚的线膨胀系数和温差表达：β＝αΔtα是45钢在室温的线膨胀系数，Δt是温差，由于α是常数，β值与加热温度有关，对于不同的加热温度，β值不一样，需要通过调整温差Δt使得上式中等号两边的数值保持相等，这样，在有限元模型中就可以通过调整热影响区单元的工作温度与初始温度之间的温差引入热残余应变的影响；由于激光功率、扫描速度、加热区温度、加热区深度、热残余应变、半环热变形量、加热区域范围存在多变量耦合关系，需要通过多变量迭代计算确定这些参数；迭代过程首先需要给定初值，即给定初始的激光功率、扫描速度、加热区温度，然后通过罚函数法完成多变量迭代过程，最终确定最优的参数值；通过迭代过程确定激光的功率和扫描内壁的速度后，即可通过确定的功率和速度扫描半环内壁，使半环产生相应的变形，抵消半环的原有误差；在有限元软件中建立轨道的几何模型，在模型中划出初始的、假定的加热区和非加热区边界，然后建立有限元模型；然后计算在热残余应变作用下的轨道变形，并与期望的变形调整量比较，根据轨道变形与期望的变形调整量之间的差值，采用优化算法进行多变量优化，调整加热区的边界形状、激光功率、加热温度参数，使得在热残余应变作用下的轨道变形逐步逼近期望的轨道变形调整量，二者足够接近后就可以停止优化计算，从而得到加热区范围、加热温度、加热时间、激光功率；最后，根据上述优化计算获得的加热时间、激光功率对轨道内表面用激光加热，使轨道产生残余热变形，补偿轨道的变形，得到变形较小的轨道，提高轨道的精度。

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