超声滚压装置及其工艺试验的研究

发布时间：2021-01-03 22:24

　　超声表面滚压技术可以显著的提高材料的表面质量,是一种新型表面强化技术,广泛的应用到了航天、船舶和汽车制造等领域。本文首先从超声滚压装置设计开始,选取了超声波发生器和换能器,设计了变幅杆、滚压头和装置的整体结构。第一,在超声滚压工具头的结构设计上,采用了3个小硬质合金球支撑1个大硬质合金球的结构;该结构滚压头的滚珠可以自由旋转,避免局部磨损严重而影响加工质量。第二,采用有限元方法对换能器、变幅杆及滚压头装置进行了模态分析,得出其固有频率和各阶振型,并运用有限元软件不断对装置结构进行调整,使其达到最佳工作状态;同时对装置进行了谐响应分析,得出其谐响应分析曲线,分析整个装置的振幅是否满足工作要求。第三,针对车床和整个滚压装置的结构特点,设计了滚压装置在车床上的固定夹具,该夹具以变幅杆上振幅为零处作为夹具的固定连接点,同时在装置内部安装压力传感器,既保证了装置的正常工作,又可以实现静压力的准确测量。其次,在对超声滚压过程中动态冲击力进行检测分析基础上,采用有限元软件ABAQUS建立了超声表面滚压加工的三维有限元模型,对18CrNiMo7-6材料进行了初步的单点冲击分析,得到了和采用赫兹理论计算... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 滚压加工的叙述
        1.2.1 滚压加工技术的特点
        1.2.2 超声滚压加工技术的特点
        1.2.3 超声滚压加工技术的发展与应用
    1.3 超声滚压技术的国内外研究现状
    1.4 论文研究的主要内容
2 超声滚压加工设备
    2.1 超声滚压装置的工作原理
    2.2 超声波发生器
    2.3 超声波换能器
    2.4 超声波变幅杆
    2.5 超声工具头
        2.5.1 滚珠的选择
        2.5.2 工具头结构
    2.6 超声滚压装置的固定夹具和静压力测定
    2.7 其它配套设备
    2.8 装置的仿真分析
        2.8.1 模态分析原理
        2.8.2 谐响应分析原理
        2.8.3 换能器和变幅杆单元模态分析
        2.8.4 超声滚压装置整体模态分析
        2.8.5 超声滚压装置的谐响应分析
    2.9 本章小结
3 超声滚压的理论与仿真分析
    3.1 超声滚压动力学研究
    3.2 超声滚压动态力检测
    3.3 动态力试验结果与分析
    3.4 有限元模型的建立
    3.5 仿真模型的验证
    3.6 超声滚压工具头的冲击速度
    3.7 仿真结果分析
        3.7.1 静压力对残余应力的影响
        3.7.2 滚压次数对残余应力的影响
    3.8 本章小结
4 超声滚压加工的工艺过程及性能测试方法
    4.1 超声滚压加工的工艺过程
    4.2 超声滚压加工的工艺参数的选择
    4.3 试验材料以及试验方法
        4.3.1 试验材料
        4.3.2 试验方案
        4.3.3 显微硬度
        4.3.4 表面粗糙度
        4.3.5 残余应力
        4.3.6 金相试样制备
        4.3.7 超景深显微镜观察
    4.4 本章小结
5 超声滚压加工的工艺试验
    5.1 工艺参数对表面粗糙度和表面形貌的影响
        5.1.1 主轴转速、进给量对表面粗糙度的影响
        5.1.2 不同进给量下的表面形貌
        5.1.3 静压力对表面粗糙度的影响
        5.1.4 静压力对表面形貌的影响
        5.1.5 滚压次数对表面粗糙度的影响
        5.1.6 滚压次数对表面形貌的影响
        5.1.7 振幅对表面粗糙度的影响
        5.1.8 振幅对表面形貌的影响
    5.2 加工参数对表面硬度的影响
        5.2.1 主轴转速与进给量对表面硬度的影响
        5.2.2 静压力对表面硬度的影响
        5.2.3 滚压次数对表面硬度的影响
        5.2.4 振幅对表面硬度的影响
    5.3 超声滚压对表层残余应力、显微硬度和微观组织的影响
        5.3.1 静压力对表层残余应力的影响
        5.3.2 滚压次数对表层残余应力的影响
        5.3.3 滚压次数对表层显微硬度的影响
        5.3.4 静压力对表层显微硬度的影响
        5.3.5 滚压次数对微观组织的影响
    5.4 正交试验
        5.4.1 极差分析
        5.4.2 方差分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
在学期间发表论文及研究成果介绍
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超声滚压强化7075铝合金工件表面性能的研究[J]. 叶寒,赖刘生,李骏,刘森忠,熊晖.  表面技术. 2018(02)
[2]超声表面滚压改善45#钢表层特性及疲劳性能的研究[J]. 张飞,赵运才.  表面技术. 2017(09)
[3]超声滚压加工6163铝合金的表面粗糙度研究[J]. 姚成霖,童景琳,焦锋,封志彬.  工具技术. 2017(08)
[4]静压力对超声滚压表层特性的影响[J]. 赵运才,张飞.  表面技术. 2017(05)
[5]超声加工技术研究趋势[J]. 张德远,辛文龙,姜兴刚,秦威.  电加工与模具. 2016(S1)
[6]铝合金零件超声滚压换能器设计及仿真分析[J]. 刘乐平,严亚骏,彭玉安,高群群.  机械设计与制造. 2016(01)
[7]表面超声滚压处理对高速列车车轴钢疲劳性能的影响[J]. 任学冲,陈利钦,刘鑫贵,项彬,林国标.  材料工程. 2015(12)
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[9]超声表面强化技术的研究进展[J]. 郑建新,罗傲梅,刘传绍.  制造技术与机床. 2012(10)
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博士论文
[1]超声滚压对Ti-6Al-4V合金高低周疲劳性能影响研究[D]. 毛淼东.华东理工大学 2018
[2]金属表面超声滚压加工理论及表层力学性能研究[D]. 刘宇.天津大学 2012
[3]超声表面滚压加工改善40Cr钢综合性能研究[D]. 王婷.天津大学 2009

硕士论文
[1]微铣削加工零件表面形成机理的仿真与实验研究[D]. 孟宪东.长春理工大学 2018
[2]超声滚压表层晶粒细化机理及性能研究[D]. 周长明.济南大学 2017
[3]喷丸对渗碳齿轮的变质层形成及弯曲疲劳寿命的影响研究[D]. 谢俊峰.郑州大学 2017
[4]超声波滚压光整加工技术研究[D]. 王兴刚.东北大学 2015
[5]金属外圆表面超声振动光整技术的研究[D]. 耿怡.西安石油大学 2015
[6]高速列车车轴材料超声挤压强化技术研究[D]. 王会英.北京交通大学 2015
[7]超声纳米化精滚压装置的设计及研究[D]. 高群群.华东交通大学 2014
[8]超声波滚压光整加工技术的实验研究[D]. 王琰.东北大学 2014
[9]齿轮齿面超声滚压强化技术研究[D]. 孔志营.大连理工大学 2014
[10]超声波辅助滚压加工技术机理及应用研究[D]. 唐红霞.青岛科技大学 2014



本文编号：2955587