超声滚压机理分析及实验研究

发布时间：2017-10-05 20:45

  本文关键词：超声滚压机理分析及实验研究

  更多相关文章： 超声滚压 复合变幅杆 工艺参数 有限元分析

【摘要】：本文以接触力学和弹塑性力学为理论基础,重点研究超声辅助加工在滚压过程中的作用。实验证明,在滚压中引入超声波振动可以有效改善试件的表面质量和机械性能,并且在特定的压力范围内,超声滚压较传统的滚压方式具有独特的优势。在进行滚压实验之前,文章对超声滚压的机理做了必要的阐述,基于之前学者的研究成果,结合接触力学的相关知识,对滚压过程中的某些参量通过数学公式推导进行了分析。由于滚压之后试件主要性能的改变是产生了残余应力,因此在机理分析部分还对残余应力做了数值分析。在超声滚压系统中,变幅杆是核心部件之一。因此,设计制造一款经济适用的变幅杆也是很关键的一步,而且会直接关系到滚压实验的效果。滚压实验是以普通车床为载体,以未经强化处理的45号圆柱钢作为试件,通过工具头向试件施加一定的初始静压力,在超声波激励下对试件表面进行滚压。重点研究的实验参数有:初始滚压力、转速、进给量、润滑方式;所研究试件的表面参数有:粗糙度和硬度。在50-80N的初始滚压力范围内,超声滚压的表面覆盖率明显高于普通滚压。在此范围内,试件表面硬度同初始滚压力、转速呈正相关关系,而同进给量成负相关;初始滚压力越大,转速越高,润滑越充分,表面粗糙度值越低。以上规律可归结为滚压参数对试件表面滚压充分性的影响,滚压越充分,金属表层内部组织就会越细致,从而使得硬度和表面光洁度都提高了。本文还利用有限元分析软件WORKBENCH对所设计的变幅杆以及动态滚压过程进行了仿真模拟,很好地验证了设计的可靠性和实验的有效性。
【关键词】：超声滚压 复合变幅杆 工艺参数 有限元分析
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG663
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 滚压加工概述9-11
• 1.1.1 滚压加工的研究现状10
• 1.1.2 滚压强化存在的不足及发展前景10-11
• 1.2 超声波加工技术概述11-14
• 1.2.1 超声波加工工艺的研究现状12
• 1.2.2 超声波加工技术的应用12-13
• 1.2.3 超声加工的发展前景13-14
• 1.3 超声滚压加工的研究进展14-15
• 1.4 本课题的主要研究内容15-17
• 2 超声滚压强化机理研究17-28
• 2.1 金属材料的塑性变形17
• 2.2 基于弹性半空间的经典应力求解方法17-19
• 2.3 弹性接触的赫兹理论19-21
• 2.4 塑性屈服及残余压应力的计算21-23
• 2.5 滚压冲击接触理论23-24
• 2.5.1 弹性冲击23-24
• 2.5.2 非弹性滚压24
• 2.6 基于赫兹弹性接触理论的残余应力解析24-27
• 2.7 本章小结27-28
• 3 变幅杆的设计与动力学分析28-41
• 3.1 超声变幅杆的设计28-33
• 3.1.1 变幅杆的材料选择28
• 3.1.2 变幅杆的类型选择28-29
• 3.1.3 变幅杆的设计29-32
• 3.1.4 变幅杆的制造工艺32-33
• 3.2 变幅杆的动力学分析33-39
• 3.2.1 有限元WORKBENCH分析简介33-34
• 3.2.2 变幅杆的模态分析34-37
• 3.2.3 变幅杆的谐响应分析37-39
• 3.3 本章小结39-41
• 4 超声滚压实验探究与分析41-71
• 4.1 超声滚压实验原理41-42
• 4.2 超声滚压加工装置设计42-47
• 4.2.1 夹具的设计42-43
• 4.2.2 压力传感器及数显表的选择43-44
• 4.2.3 超声波发生器简介44-45
• 4.2.4 换能器的选择45-46
• 4.2.5 滚动体的选择46-47
• 4.3 超声滚压实验47-70
• 4.3.1 实验目的47
• 4.3.2 实验条件47-48
• 4.3.3 滚压覆盖率分析48-51
• 4.3.4 工具头振动分析51-52
• 4.3.5 传感器刚度系数52-54
• 4.3.6 工件偏心量的计算54-56
• 4.3.7 初始滚压力与转速对表面粗糙度的影响56-60
• 4.3.8 初始滚压力与转速对表面硬度的影响60-63
• 4.3.9 初始滚压力与进给量对表面粗糙度的影响63-67
• 4.3.10 超声滚压润滑方式对试件表面粗糙度的影响67-70
• 4.4 本章小结70-71
• 5 超声滚压的动力学分析71-84
• 5.1 显示动力学分析简介71-72
• 5.2 超声滚压有限元模拟理论基础72-73
• 5.3 超声滚压过程的有限元仿真73-83
• 5.3.1 试件在不同位置处单圈滚压应力分析73-79
• 5.3.1.1 滚压接触模型的建立74
• 5.3.1.2 定义材料参数74
• 5.3.1.3 网格划分74-75
• 5.3.1.4 载荷与边界条件75-76
• 5.3.1.5 结果分析76-79
• 5.3.2 不同的网格精度对滚压应力分布的影响79-81
• 5.3.3 滚压应力的轴向分布规律81-83
• 5.4 本章小结83-84
• 总结与展望84-86
• 参考文献86-89
• 致谢89-90
• 攻读学位期间发表的学术论文90-91

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