基于Deform和BP神经网络的曲轴圆角滚压工艺参数研究
                                               阮景奎，倪〓帆，周学良
                                   (湖北汽车工业学院机械工程学院，湖北 十堰〓442002)

     针对曲轴滚压强化工艺中滚压工艺参数难以确定的问题，利用Deform-3D有限元软件对康明斯双缸空压机曲轴进行滚压数值模拟，并运用BP神经网络对滚压工艺参数和残余应力进行训练，得到二者的映射关系。然后利用该BP神经网络预测曲轴在特定工况下的滚压工艺参数，为实际生产过程中滚压工艺参数的合理选取提供参考。

     曲轴滚压强化是20世纪70年代兴起的一种曲轴强化工艺，是提高曲轴疲劳强度和综合力学性能的理想手段。与传统强化工艺相比，其具有加工时间短、成本低、操作简单和强化效果好等优点。但由于影响曲轴滚压强化质量的工艺参数较多，且其强化机理较复杂，难以用数学公式来描述这种关系，滚压工艺参数难以确定。目前国内外的曲轴滚压工艺参数研究主要还是通过工艺试验的方式来获取滚压工艺参数，但是这种方法成本高，只能对部分曲轴做有限次试验，其普适性很难判定。因此，研究曲轴圆角滚压过程中滚压工艺参数对曲轴疲劳强度的影响规律以及获取滚压工艺参数的方法，对提高曲轴疲劳强度及加工效率具有重要意义。
     针对上述问题，国内外专家采用有限元仿真的方法来研究零件滚压后的变形规律，为滚压工艺参数的确定提供理论依据。文献从力学的角度运用有限元的方法对滚压过程进行了数值模拟，分析不同滚压工艺参数，如滚压道次、滚压速度、摩擦因数、滚压深度、滚轮圆角半径、滚压角度等对零件表面强化处理后残余应力和变形的影响，得出滚压参数残余应力的对应关系。由于部分滚压工艺参数（如滚压深度、滚轮圆角半径、滚压角度等）是综合作用于曲轴滚压过程的，如分别研究各个参数对滚压效果的影响，其结果难以直接用于实际生产。
     本文基于最佳残余应力理论，借助Deform-3D软件对康明斯双缸空压机曲轴DCI11在不同滚压工艺参数下进行数值模拟，并在MATLAB软件平台中建立BP神经网络，运用其寻找出滚压工艺参数与残余应力的映射关系，最后通过该网络预测与曲轴最佳残余应力对应的最佳工艺参数，为实际生产提供指导。

1〓分析模型的建立
1.1〓建模原理
    曲轴滚压是在常温下驱动高硬度材料制成的滚轮在零件表面施加一定的载荷，使曲轴圆角表面层金属发生塑性变形，从而提高其疲劳强度的一种强化方法。如图1、图2所示，曲轴在滚压机床夹具带动下绕曲轴主轴轴线转动，同时摩擦力带动滚轮一起运动，通过升降油缸来调整滚轮的轴向进给实现曲轴圆角的滚压。
曲轴滚压是一个既有接触非线性，又有几何非线性和边界非线性的多重非线性的复杂问题，进行数值模拟的难度很大。本文利用Deform-3D有限元软件对曲轴的1/4模型进行数值模拟，分析曲轴圆角处的残余应力。


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基金项目：湖北省自然科学基金资助项目（2014CFB633）
作者简介：阮景奎（1963—），男，湖北十堰人，湖北汽车工业学院教授，博士，主要研究方向为计算机辅助设计/制造一体化。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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