超聲振動(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力機(jī)理分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、經(jīng)過壓力加工或熱加工的構(gòu)件內(nèi)都會(huì)存在一定的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力的存在很容易使構(gòu)件產(chǎn)生裂紋，變形或翹曲等，同時(shí)構(gòu)件的強(qiáng)度和疲勞極限也大大降低。所以構(gòu)件中殘余應(yīng)力的消除就成了工業(yè)制造技術(shù)中的一項(xiàng)重大問題。通常消除殘余應(yīng)力的方法有自然時(shí)效、熱時(shí)效及振動(dòng)時(shí)效。自然時(shí)效由于時(shí)效周期長及消除應(yīng)力效果不明顯等問題;熱時(shí)效消耗能源較多且存在污染，對(duì)構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性影響較大。所以振動(dòng)時(shí)效就展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。
　　傳統(tǒng)的低頻振動(dòng)時(shí)效設(shè)備在市場(chǎng)上和

2、工廠中已經(jīng)大量出現(xiàn)和應(yīng)用，并取得了良好的效果。但其有一定的應(yīng)用局限性，例如不能滿足對(duì)一階固有頻率都很高的微小型構(gòu)件的應(yīng)力消除。超聲振動(dòng)時(shí)效屬于低振幅高頻率的振動(dòng)時(shí)效，單位時(shí)間的輸入能量較大，消除殘余應(yīng)力時(shí)間短，對(duì)構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性影響也小。目前對(duì)超聲振動(dòng)時(shí)效研究還較少，在其機(jī)理研究、設(shè)備研制以及推廣應(yīng)用方面上還需深入研究。
　　本文針對(duì)上述問題，主要研究了以下幾個(gè)方面的問題:
　　(1)比較振動(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力的微觀機(jī)理，通過

3、屈服強(qiáng)度的易變性、位錯(cuò)的易動(dòng)性及高周疲勞強(qiáng)度理論對(duì)超聲振動(dòng)時(shí)效的機(jī)理從微觀上做了解釋，首次提出了在超聲振動(dòng)時(shí)效中，當(dāng)滿足構(gòu)件內(nèi)殘余應(yīng)力σ殘與動(dòng)應(yīng)力σ動(dòng)疊加之和大于材料的疲勞強(qiáng)度極限σ-1時(shí)，即可對(duì)工件內(nèi)殘余應(yīng)力有一定的消除作用，并通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(2)本課題探索了超聲振動(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力效果的評(píng)定方法，分別用殘余曲率計(jì)算法和切縫法測(cè)量時(shí)效前后的殘余應(yīng)力情況，并對(duì)比這兩種測(cè)量方式測(cè)量出的結(jié)果。
　　(3)根據(jù)實(shí)際要求

4、和各種產(chǎn)品的特點(diǎn)選取超聲波發(fā)生器和換能器等設(shè)備并搭建了超聲振動(dòng)裝置。同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)需要還搭建了壓力機(jī)平臺(tái)和圓桿撓度測(cè)量裝置;設(shè)計(jì)了試驗(yàn)所用的變幅桿以及試驗(yàn)桿件，對(duì)試驗(yàn)桿件中殘余應(yīng)力做了計(jì)算，并仿真了超聲振動(dòng)時(shí)效時(shí)桿件中的激振力。
　　(4)通過一組對(duì)比試驗(yàn)確定激振時(shí)間和激振振幅對(duì)超聲振動(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力的效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲振動(dòng)可以減小工件內(nèi)的殘余應(yīng)力。最佳激振時(shí)間為10min～15min，盲目延長激振時(shí)間對(duì)時(shí)效效果影響很小，同