一种自适应板材表层搅拌摩擦加工改性的优化工艺方法，其特征是先基于实验，通过选用不同的材质、不同的钢材形状、尺寸等、不同的搅拌头结构、工艺参数、不同的改性路径、不同的改性方式等进行大量实验，获得各种板材试样进行性能测试，获得相关的实验结果，建立数据库，并通过有限元模拟与实验结合，拓展是呀结果数据库中的数据。基于结果数据库开发虚拟软件，分别从材质、板材形状、尺寸、客户需求入手，从数据库中找出对比，显示相关的试验数据传输到设备中进行实际加工，实现智能化、自适应加工改性优化方法，获得所需要的搅拌摩擦加工改性板材。本发明不仅节约成本，还能够精准的实现钢材表层改性，方法简单，便于实际推广应用。
1.一种自适应板材表层搅拌摩擦加工改性的优化工艺方法，其特征在于包括以下步骤：
首先，建立搅拌摩擦加工改性实验前的相关参数数据库；
其次，在上述相关参数数据库中选择不同的选项进行搅拌摩擦加工改性实验，获得不同的实验板材，再通过相关性能测试实验获得不同的实验结果进行建库，其中涉及到残余应力和变形的实验结果必须通过确定的数据进行观察分析，找出应力集中和变形特别严重的试样进行调整，调整要在调整方式库中选择不同的调整方式进行板材调整，再次通过检测，直至未出现明显的应力集中和变形，才将结果反馈到改性结果数据库中备用；
第三，由于通过实验获得结果是很有限的，必须通过有限元建立模型，通过模拟和实验相结合的方式拓展改性结果数据库的数据；通过建立模型，采用与实验相同的工艺参数进行模拟，对比模拟和实验结果的差距，若比较接近，模型建立正确，则进行相关数据模拟并存入库中；若模拟与实验结果相差较大，要不断修正模型再次进行模拟并与实验结果对比，直至模拟和实验结果基本吻合，模拟相关数据进入改性结果数据库中，增加数据库中的数据量；
最后，基于前面的实验和模拟结果建立的改性结果数据库开发一款虚拟优化搅拌摩擦加工改性的软件，其界面主要涉及到改性板材材质、改性板材形状、客户性能要求、后台对比，显示板材分割模块、显示改性工艺参数选择信息、显示搅拌头加工路径、显示加工改性方式、显示模拟结果、客户满意度信息；在软件部分，由加工者在软件中直接输入加工改性的材质，并将客户要求输入到软件中，加工改性的设备在工作台上通过摄像头确定板材的形状并进行分割，最终在软件界面显示板材分割模块，软件后台根据所输入的改性材质、客户需求以及分割模块确定改性相关的工艺参数，包括搅拌头结构、尺寸、前进速度、旋转速度，并显示在软件的界面上；另外根据改性结果数据库信息确定搅拌头加工路径、加工改性方式信息并显示在软件界面上，待这些信息确定后，软件自行自动模拟，将模拟结果反馈到界面上，并通过内部顾客评价信息确定顾客满意度便于加工工人判断是否选择该工艺方法进行改性，并通过数据线将数据反射到搅拌摩擦加工改性装备上进行工件实际搅拌摩擦加工改性，获得最终的改性表层；所述的相关参数数据库包括：（1）通过不同的分割方式建立各种材料的形状、尺寸结构库；
（2）建立不同搅拌摩擦加工改性工艺参数库，其涉及搅拌头的轴肩大小、搅拌针的大小、搅拌头轴肩内部纹理结构、搅拌针上螺纹结构以及搅拌头制作材质，搅拌头旋转速度选择范围、搅拌头前进速度选择范围、搅拌头下压量规定范围、搅拌头倾斜角度规定范围及搅拌头正转和反转规定；
（3）建立搅拌头加工路径方式库，其包括排列直线型、从内到外型、从外到里型；
（4）建立加工改性方式库，此库包括直接通过搅拌头进行改性，不需要添加任何改性粉末；还包括添加改性粉末，采用钻孔添加粉末或直接开槽添加粉末，不论是孔或槽均有规定的相关参数，在此库中均要一一建立，在添加粉末改性的同时，还应确定添加粉末类型，确保获得不同性能的改性层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的添加粉末类型包括纯粉末或混合粉末，其中混合粉末由包含了多种不同性能的粉末组成，以便在库中直接选择。
一种自适应板材表层搅拌摩擦加工改性的优化工艺方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种搅拌摩擦技术，尤其是一种搅拌摩擦改性技术，具体地说是一种自适应板材表层搅拌摩擦加工改性的优化工艺方法。
背景技术
[0002] 在港口、矿山开采等一些恶劣环境下生产的设备由于长期处在腐蚀、高温、冲击等恶劣环境下，造成设备过早的出现报废。而在这些设备中应用最多的就是钢材，其在这种恶劣的环境下易于腐蚀、磨损，表面很快形成铁锈，且在盐雾等环境下进行腐蚀，钢材越来越薄，使用寿命也越来越短，造成设备故障率频繁发生。因此，不少类似的企业选用国外进口的特殊钢材进行设备制造，其成本之高，且这种进口钢材短期内国内无法自主生产，造成板材稀缺，造价增加，往往在某些性能方面得到体高，但生产成本的增加，也让这些生产企业最终放弃，造成企业成本大幅度的增加，利润降低，企业生存空间较小，严重的一些小型矿山企业出现倒闭现象。基于此类问题的出现，本发明专利通过大量的实验，集中力量选择不同的钢材、不同钢板形状尺寸等、不同的搅拌头结构、搅拌头工艺参数、搅拌头加工路径以及加工改性方式等进行大量实验，确定优化钢材搅拌摩擦改性加工方法，提升在国产钢材基础上实现钢材耐磨性和耐腐性等性能提高的有效工艺方法，以降低企业制造成本，提升企业利润为目的，强化企业基于普通钢材基础上实现特殊用途的钢材表层制备工艺方法，为工业技术发展提供一定的技术支持等。
发明内容
[0003] 本发明的目的是针对现有的搅拌摩擦改性缺少最佳参数选择方法，造成改成过程中实际结构与理论预计差别较大，改性效果不理相的问题，发明一种自适应板材表层搅拌摩擦加工改性的优化工艺方法，它主要是先基于实验，通过选用不同的材质、不同的钢材形状、尺寸等、不同的搅拌头结构、工艺参数、不同的改性路径、不同的改性方式等进行大量实验，获得各种板材试样进行性能测试，获得相关的实验结果，建立数据库，并通过有限元模拟与实验结合，拓展是呀结果数据库中的数据。基于结果数据库开发虚拟软件，分别从材质、板材形状、尺寸、客户需求入手，从数据库中找出对比，显示相关的试验数据传输到设备中进行实际加工，实现智能化、自适应加工改性优化方法，获得所需要的搅拌摩擦加工改性板材。
[0004] 本发明的技术方案是：
[0005] 一种自适应板材表层搅拌摩擦加工改性的优化工艺方法，其特征在于包括以下步骤：
[0006] 首先，建立搅拌摩擦加工改性实验前的相关参数数据库，通常应至少包括以下四个数据库：
[0007] （1）通过不同的分割方式建立各种材料的形状、尺寸结构库；
[0008] （2）建立不同搅拌摩擦加工改性工艺参数库，其涉及搅拌头的轴肩大小、搅拌针的大小、搅拌头轴肩内部纹理结构、搅拌针上螺纹结构以及搅拌头制作材质，搅拌头旋转速度选择范围、搅拌头前进速度选择范围、搅拌头下压量规定范围、搅拌头倾斜角度规定范围及搅拌头正转和反转规定等；
[0009] （3）建立搅拌头加工路径方式库，其包括排列直线型、排列垂直型、从内到外型、从外到里型、以及从内到外圆形、从外到里圆形等；
[0010] （4）建立加工改性方式库，此库包括直接通过搅拌头进行改性，不需要添加任何改性粉末；另外就是通过添加改性粉末，但这又涉及到不同的添加粉末方式，如钻孔添加粉末或直接开槽添加粉末，不论是孔和槽均有自己规定的相关参数，在此库中均要一一建立，在添加粉末改性的同时，还应确定添加粉末类型，确保获得不同性能的改性层，如纯粉末、混合粉末，其中混合粉末由包含了多种不同性能的混合粉末，以便库中可直接选择等。
[0011] 其次，在上述4个库中选择不同的选项进行搅拌摩擦加工改性实验，获得不同的试验板材，在通过相关性能测试实验获得不同的试验结果进行建库，其中涉及到残余应力和变形的实验结果必须通过确定的数据进行观察分析，找出应力集中和变形特别严重的试样进行调整，调整要在调整方式库中选择不同的调整方式进行板材调整，再次通过检测，直至未出现明显的应力集中和变形，才将结果反馈到改性结果数据库中备用。
[0012] 再次，通过实验获得结果是很有限的，必须通过有限元建立模型，通过模拟和实验相结合的方式拓展改性结果数据库的数据。通过建立模型，采用实验相同的工艺参数进行模拟，对比模拟和实验结果的差距，若比较接近，模型建立正确，可进行相关数据模拟并存入库中；若模拟与实验结果相差较大，要不断修正模型再次进行模拟并与实验结果对比，直至模拟和实验结果基本吻合，模拟相关数据进入改性结果数据库中，增加数据库中的数据。
[0013] 最后，基于前面的试验和模拟等结果建立的改性结果数据库，利用计算机软件进行自行匹配选择，即开发一款虚拟优化搅拌摩擦加工改性的软件，其界面主要涉及到改性板材材质、改性板材形状、客户性能要求、后台对比，显示板材分割模块、显示改性工艺参数选择信息等、显示搅拌头加工路径、显示加工改性方式、显示模拟结果、客户满意度等信息。在软件部分，由加工者在软件中直接输入加工改性的材质，并将客户要求输入到软件中，加工改性的设备在工作台上通过摄像头确定板材的形状并进行分割，最终在软件界面显示板材分割模块，软件后台根据所输入的改性材质、客户需求以及分割模块等确定改性相关的工艺参数，如搅拌头结构、尺寸、前进速度、旋转速度等，并显示在软件的界面上；另外根据改性结果数据库信息确定搅拌头加工路径、加工改性方式等信息并显示在软件界面上，待这些信息确定后，软件自行自动模拟，将模拟结果反馈到界面上，并通过内部顾客评价信息确定顾客满意度便于加工工人判断是否选择该优化加工改性方法进行改性，若可以，软件通过数据线将数据反射到搅拌摩擦加工改性装备上进行工件实际搅拌摩擦加工改性，获得最终的改性表层。
[0014] 本发明的有益效果：
[0015] 本发明采用的方法就是通过实验和模拟相结合的方式建立板材搅拌摩擦加工改性结果数据库，并基于数据库开发相应的软件对实际板材改性进行技术指导，通过软件模拟获得优化加工工艺方法，在传输到设备中实现实际加工工艺方法，获得实际的加工改性板材。本发明不仅节约成本，还能够精准的实现钢材表层改性，方法简单，便于实际推广应用。
附图说明
[0016] 图1是本发明的技术流程图。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0018] 如图1所示。
[0019] 一种自适应板材表层搅拌摩擦加工改性的优化工艺方法，它包括以下步骤：
[0020] 首先，建立搅拌摩擦加工改性实验前的至少一列四个相关参数数据库：
[0021] （1）通过不同的分割方式建立各种材料的形状、尺寸结构库；
[0022] （2）建立不同搅拌摩擦加工改性工艺参数库，其涉及搅拌头的轴肩大小、搅拌针的大小、搅拌头轴肩内部纹理结构、搅拌针上螺纹结构以及搅拌头制作材质，搅拌头旋转速度选择范围、搅拌头前进速度选择范围、搅拌头下压量规定范围、搅拌头倾斜角度规定范围及搅拌头正转和反转规定等；
[0023] （3）建立搅拌头加工路径方式库，其包括排列直线型、排列垂直型、从内到外型、从外到里型、以及从内到外圆形、从外到里圆形等；
[0024] （4）建立加工改性方式库，此库包括直接通过搅拌头进行改性，不需要添加任何改性粉末；另外就是通过添加改性粉末，但这又涉及到不同的添加粉末方式，如钻孔添加粉末或直接开槽添加粉末，不论是孔和槽均有自己规定的相关参数，在此库中均要一一建立，在添加粉末改性的同时，还应确定添加粉末类型，确保获得不同性能的改性层，如纯粉末、混合粉末，其中混合粉末由包含了多种不同性能的混合粉末，以便库中可直接选择等。
[0025] 其次，在上述四个库中选择不同的选项进行搅拌摩擦加工改性实验，获得不同的试验板材，在通过相关性能测试实验获得不同的试验结果进行建库，其中涉及到残余应力和变形的实验结果必须通过确定的数据进行观察分析，找出应力集中和变形特别严重的试样进行调整，调整要在调整方式库中选择不同的调整方式进行板材调整，再次通过检测，直至未出现明显的应力集中和变形，才将结果反馈到改性结果数据库中备用。
[0026] 第三，由于通过实验获得结果是很有限的，因此可通过有限元建立模型，通过模拟和实验相结合的方式拓展改性结果数据库的数据。通过建立模型，采用实验相同的工艺参数进行模拟，对比模拟和实验结果的差距，若比较接近，模型建立正确，可进行相关数据模拟并存入库中；若模拟与实验结果相差较大，要不断修正模型再次进行模拟并与实验结果对比，直至模拟和实验结果基本吻合，模拟相关数据进入改性结果数据库中，增加数据库中的数据。
[0027] 最后，基于前面的试验和模拟等结果建立的改性结果数据库，并利用该数据库开发相应的软件（软件开发人员可通过现有技术加以实现），即开发一款虚拟优化搅拌摩擦加工改性的软件，其界面主要涉及到改性板材材质、改性板材形状、客户性能要求、后台对比，显示板材分割模块、显示改性工艺参数选择信息等、显示搅拌头加工路径、显示加工改性方式、显示模拟结果、客户满意度等信息。在软件部分，由加工者在软件中直接输入加工改性的材质，并将客户要求输入到软件中，加工改性的设备在工作台上通过摄像头确定板材的形状并进行分割，最终在软件界面显示板材分割模块，软件后台根据所输入的改性材质、客户需求以及分割模块等确定改性相关的工艺参数，如搅拌头结构、尺寸、前进速度、旋转速度等，并显示在软件的界面上；另外根据改性结果数据库信息确定搅拌头加工路径、加工改性方式等信息并显示在软件界面上，待这些信息确定后，软件自行自动模拟，将模拟结果反馈到界面上，并通过内部顾客评价信息确定顾客满意度便于加工工人判断是否选择该优化加工改性方法进行改性，若可以，软件通过数据线将数据反射到搅拌摩擦加工改性装备上进行工件实际搅拌摩擦加工改性，获得最终的改性表层，若不可以，则重新进行选择，直至获得满意的结果。
[0028] 本发明针对现有的板材类表层搅拌摩擦加工改性可以提高其耐磨性和耐腐蚀性等要求，在考虑到被改性的板材力学性能等相关要求的同时，尽可能的保证改性板材不出现大面积应力集中和变形，确保改性板材可以在适合的范围内进行应用。本发明正是基于此方面的考虑，从改性工艺参数、改性路径、加工改性方式等方面进行详细的建库，确保实验结果的严密性、可靠性，并通过改性板材进行相关性能测试，确保测试效果达到实际应用效果，在通过有限元模拟，增加改性结果数据库中的数据，便于建立软件，对实际工程应用提供理论指导，通过建立的软件进行工程模拟，并将模拟结果与实际装备相连，确定实际加工工艺方法，进行实际加工，获得所需要的改性板材等。本方法应用效果好、实用性强，可进行推广应用。
[0029] 本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
