纵—扭复合振动超声深滚加工表面强化机理研究

发布时间：2017-05-08 07:04

  本文关键词：纵—扭复合振动超声深滚加工表面强化机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纵-扭复合振动超声深滚加工是将二维超声振动与超声深滚加工技术相结合,进行工件表面光整与强化加工的一种新工艺。本文对Q235钢进行纵-扭复合振动超声深滚加工,探索其表面强化机理。主要研究内容如下:(1)基于纵-扭复合振动超声深滚加工工作原理及运动学分析,构建深滚加工残余应力物理模型。研究发现在纵-扭复合振动超声深滚加工过程中,其残余压应力与材料本身物理力学性能、滚轮半径、振动参数和滚压工艺参数有关。采用数值分析方法研究纵-扭复合振动超声深滚加工振动参数和滚压工艺参数对工件表面残余压应力的影响,结果表明,纵-扭复合振动超声深滚加工工件最大残余压应力随着滚轮半径、振幅、频率与静压力的增大而增大,随滚压速度与滚压深度的增大而减小。(2)基于纵-扭复合振动超声深滚加工运动学模型,进行了纵向振动与纵-扭复合振动超声深滚加工过程有限元分析,对比研究纵向振动与纵-扭复合振动对残余应力的影响,得到了工件滚压冲击中心位置沿深度方向的残余应力分布状况,分析了工艺参数对残余应力的影响规律。结果表明,在相同的滚压工艺参数下,纵向振动与纵-扭复合振动对残余应力的影响规律相似,残余应力随着静压力的增大而增大,随着滚压速度的降低有不同程度的增加,随着振幅、相位角的增加而增加。(3)对Q235钢进行纵-扭复合振动超声深滚加工和常规深滚加工对比试验,研究工艺参数对表面粗糙度和表面显微硬度的影响规律,并构建表面粗糙度与表面显微硬度的预测模型,寻找分别基于最低表面粗糙度值和最高表面显微硬度的最优工艺参数。结果表明,在相同的工艺参数下,纵-扭复合振动超声深滚加工后工件表面粗糙度值低于常规深滚加工,而表面显微硬度值高于常规深滚加工;表面粗糙度值随静压力增大先增后减,随进给量的增大而急剧增大,随滚压速度的增大变化不明显,进给量对表面粗糙度的影响最显著;显微硬度随静压力的增大而增大,随进给量的增大先增后减再增,随滚压速度的增大先增后减,静压力对显微硬度的影响最显著。最后对工件表面形貌进行观测,发现纵-扭复合振动超声深滚加工后工件表面形貌优于车削加工和常规深滚加工,加工纹理较均匀一致。该研究成果对复合振动模式的超声表面强化技术应用具有指导意义。
【关键词】：超声深滚 纵-扭复合振动 表面强化 表面质量
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG663
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题研究背景及意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-16
• 1.3.1 超声表面强化技术研究现状11-14
• 1.3.2 二维超声振动加工工艺的研究现状14-16
• 1.4 本文研究内容16-18
• 2 纵-扭复合振动超声深滚加工表面强化机理理论研究18-24
• 2.1 纵-扭复合振动超声深滚加工工作原理18
• 2.2 纵-扭复合振动超声深滚加工过程理论分析18-23
• 2.2.1 纵-扭复合振动超声深滚加工的滚压过程18-20
• 2.2.2 纵-扭复合振动超声深滚表面强化物理模型20-21
• 2.2.3 工艺参数对残余压应力的影响研究21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 3 纵-扭复合振动超声深滚加工强化仿真研究24-40
• 3.1 ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件简介24-25
• 3.2 纵-扭复合振动超声深滚加工有限元分析25-27
• 3.2.1 建立有限元分析模型25
• 3.2.2 定义材料模型25
• 3.2.3 选择材料本构模型25-26
• 3.2.4 选择接触类型26
• 3.2.5 定义载荷和边界条件26-27
• 3.3 有限元分析结果与讨论27-38
• 3.3.1 纵向振动与纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力分布对比27-28
• 3.3.2 纵向振动超声深滚加工残余应力的分布28-32
• 3.3.3 纵-扭复合振动超声深滚加工表面残余应力的分布32-38
• 3.4 本章小结38-40
• 4 纵-扭复合振动超声深滚加工试验研究40-60
• 4.1 试验设备与方案40-41
• 4.1.1 试验加工设备40
• 4.1.2 试验测量设备40-41
• 4.1.3 试验方案设计41
• 4.2 表面粗糙度试验结果分析41-47
• 4.2.1 表面粗糙度试验结果41-42
• 4.2.2 静压力对表面粗糙度的影响42-43
• 4.2.3 进给量对表面粗糙度的影响43-44
• 4.2.4 滚压速度对表面粗糙度的影响44-45
• 4.2.5 表面粗糙度预测模型构建45-47
• 4.2.6 工艺参数优选47
• 4.3 表面显微硬度试验结果分析47-53
• 4.3.1 表面显微硬度试验结果47-48
• 4.3.2 静压力对表面显微硬度的影响48-49
• 4.3.3 进给量对表面显微硬度的影响49-50
• 4.3.4 滚压速度对表面显微硬度的影响50-51
• 4.3.5 表面显微硬度预测模型构建51-52
• 4.3.6 工艺参数优选52-53
• 4.4 工件表面微观特征分析53-57
• 4.4.1 工件表面显微形貌特征53-54
• 4.4.2 工件表面三维显微形貌特征54-57
• 4.5 本章小结57-60
• 5 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-68
• 作者简介68-69
• 学位论文数据集69

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