空化水喷丸强化过程的数值模拟及表面完整性研究

发布时间：2020-09-24 21:52

　　随着现代科学技术的发展与进步,为实现生产效率的进一步提高,需要对零部件进行一定的表面处理从而提高材料抵抗疲劳和失效的能力。空化水喷丸技术是一种新型表面强化技术,其原理是合理利用空化射流中蕴含的大量微小空泡在零部件表面溃灭时对材料表面产生冲击来强化材料。本文对空化水喷丸过程进行数值模拟和试验验证,并利用多种测量仪器对空化水喷丸前后试件的表面完整性进行测试分析,确定空化水喷丸对材料属性的改善情况,最后对多点喷丸强化过程进行模拟,为实际加工生产过程中空化水喷丸过程的工艺参数确定提供一定的理论基础。本文从喷丸强化技术出发,介绍了最初的传统机械喷丸以及在其基础上发展而来的多种新型喷丸方式,并介绍了空化现象的产生条件、判定方式、材料变形过程、残余应力产生机理和喷丸强度的衡量方式。为了解不同参数加载时试片的弧高度及残余应力变化情况,选择两种加载方式下不同加载时间及不同加载压力峰值进行模拟。对比N型阿尔门试片试验得出的弧高度与残余应力分布情况,选择最接近的加载条件对TC4试片强化过程进行模拟。通过对比试验与模拟得出的TC4试片的弧高度值与残余应力分布状况,说明利用数值模拟方式预测空化水喷丸强化过程中材料的变形及应力分布状况是可行的。通过对空化水喷丸前后材料表面完整性的测量,发现空化水喷丸可以有效减少机械加工造成的加工纹理、增大表面硬度、改变表层晶粒组织、增加位错及孪晶密度、引入一定深度的残余压应力层从而减少材料表层的应力集中、增加材料抵抗疲劳裂纹扩大和抵抗表面损伤的能力,提高材料的使用性能。最后对多点喷丸进行模拟,对加工生产过程中单喷嘴变路径喷丸、多喷嘴同时喷丸情况下板材的变形及应力分布进行预测。对其工艺参数的优化有一定指导意义。
【学位单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG668
【部分图文】：

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1.绪论盖率两个概念。喷丸强度主要是通过在某种工艺参数下阿征的，变形量的大小可以直观的体现出喷丸过程的强度撞击材料形成的凹坑对材料表面的覆盖程度，由于超过确测量，所以将超过 98%的覆盖率称为“完全覆盖”。喷丸丸是利用超声波来驱动尺寸较小的弹丸对材料表面进行。超声喷丸设备的主要组成部分如图 1.1 所示。

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辽宁科技大学硕士学位论文种利用激光高功率的特性来代替弹丸对材料表层进行冲喷丸技术同样可以使材料表层生成一定厚度的残余应力理如图 1.2 所示，在激光喷丸处理之前首先在工件表层待吸收层，在吸收层外侧再添加一层透明的约束层，喷丸处到待喷丸区域。激光通过透明的约束层照射到吸收层时产生电离爆炸并生成等离子体。等离子体受到约束层的作外界，因此，等离子体会对工件产生一个向材料内部传播进行冲击强化，达到类似于机械喷丸的冲击强化效果[19]

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1.绪论，不需要对加工过程中破碎的弹丸进行收集，减少人力程无尘；流喷丸不需要考虑射流方向与加工表面之间的夹角，可等细微处的应力集中部位进行喷丸处理；流喷丸可以通过改变喷嘴轨迹和移动速度实现 100%的弹丸与材料的撞击对材料表面引入杂质元素；流喷丸可以获得较低的表面粗糙度值，由于水具有良好变形生热对材料性能的影响[21]。

【参考文献】