超聲滾壓光整強化機理與殘余應力控制研究.pdf

1、超聲滾壓光整強化技術是一種新型表面處理技術，在航空航天、精密儀器以及船舶軌道交通等高精密加工領域得到越來越廣泛的應用。該技術將傳統(tǒng)滾壓加工與超聲振動進行有機結(jié)合，使表層組織產(chǎn)生強烈塑性變形，實現(xiàn)表面光整加工與強化效應。通過加工過程中工藝參數(shù)的調(diào)整，在保障表面粗糙度的條件下，改變被加工材料的組織及應力分布狀態(tài)，在加工表層形成一定厚度的殘余壓應力強化層，提高零部件硬度和疲勞壽命。
　　本文選用高強度鋁合金材料7050-T7451為研究

2、對象，進行不同超聲加工參數(shù)下的加工實驗，基于塑性變形理論、彈性接觸/滾動摩擦理論綜合分析了超聲和滾壓復合工藝下，超聲滾壓加工表面及其次表層的光整和強化機理，并對加工后的表面粗糙度、加工硬度和殘余應力及其控制進行了系統(tǒng)的實驗研究，旨在獲得理想加工表面的超聲加工工藝參數(shù)優(yōu)化方案。論文的主要內(nèi)容及其創(chuàng)新點如下:
　　1)選取靜壓力參數(shù)為實驗因素，進行超聲加工和表面粗糙度實驗，并借助超景深顯微鏡觀察工件加工前后的表面三維形貌，其加工表面粗

3、糙度和三維形貌都有明顯的改善，驗證了超聲滾壓加工“削峰填谷”的作用;進行了不同材料的超聲加工實驗，對比了其材料屬性和加工參數(shù)對表面粗糙度的影響趨勢;借助加工表面宏微觀實驗（表面粗糙度、三維形貌）分析了靜壓力引起的表面粗糙度增大，直至形成表面微裂紋的機理，并提出了保障“光整”效應的超聲加工靜壓力的最佳范圍。
　　2)基于赫茲接觸理論及彈塑性模型研究了超聲加工后表面顯微硬度變化規(guī)律，進行顯微硬度實驗，對加工前后的表面硬化層進對比，分析

4、硬化層深影響因素，根據(jù)不同壓力下的硬度分布趨勢以及硬化層深與表層硬度規(guī)律，利用origin進行回歸計算，擬合出超聲滾壓鋁合金7050表層硬度與硬化層深度的經(jīng)驗公式，為探索已加工零件表層組織力學性能及其沿層深方向分布規(guī)律提供理論和實驗依據(jù)。
　　3)借助盲孔法殘余應力檢測儀器對工件表面殘余應力進行檢測，證實超聲滾壓技術可以形成一定深度的殘余壓應力，在對銑削和超聲滾壓三向力的測量中發(fā)現(xiàn)Z向力對殘余應力的產(chǎn)生有密切聯(lián)系，實驗證明獲取不同