【摘要】：二維超聲滾壓加工技術(shù)是將二維復(fù)合超聲振動技術(shù)與表面滾壓加工技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)工件表面強化的一種新工藝。高速加工技術(shù)可以提高加工的效率,改善加工表面質(zhì)量,但也會產(chǎn)生較高的加工溫度,引起應(yīng)力應(yīng)變場的變化和工件表層硬度的變化。將二維超聲滾壓加工技術(shù)和高速加工技術(shù)相結(jié)合,有可能在提高強化效率的同時可進一步提高工件強化質(zhì)量。本文通過理論分析、有限元模擬和工藝試驗等方法,研究熱力耦合作用下高速二維超聲滾壓加工的表面強化機理。主要研究內(nèi)容包括:(1)基于二維超聲滾壓加工表面強化的工作原理,研究了二維超聲滾壓加工過程中工件塑性變形與熱量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,以及溫度梯度效應(yīng)與內(nèi)部微觀組織變化的關(guān)系。研究表明,二維超聲滾壓加工過程中,溫度場和應(yīng)力場是相互作用和影響的,塑性變形和摩擦作用產(chǎn)生熱量使工件表面溫度升高,而溫度場通過改變與溫度相關(guān)的材料特性來影響應(yīng)力場。(2)對高速二維超聲滾壓加工過程進行了熱力耦合數(shù)值模擬,研究了試件表面溫度場和等效應(yīng)力應(yīng)變場隨時間的變化情況,以及殘余應(yīng)力沿深度方向上的分布規(guī)律。研究表明,表面溫度場、等效應(yīng)力應(yīng)變場隨時間的增大而增大,而等效應(yīng)力值最終趨于穩(wěn)定,各方向殘余壓應(yīng)力值隨著深度的增大逐漸減小。在熱力耦合作用下,鋁合金表面各方向殘余應(yīng)力均為殘余壓應(yīng)力,殘余壓應(yīng)力層的厚度約為1.2mm,且溫度場與應(yīng)力應(yīng)變場是相互影響的。(3)采用單因素試驗方法對7050鋁合金進行高速二維超聲滾壓加工試驗,研究滾壓工藝參數(shù)對表面粗糙度、顯微硬度、殘余應(yīng)力和表面微觀形貌的影響。研究表明,經(jīng)過二維超聲滾壓加工后,鋁合金表面粗糙度值大幅度降低,顯微硬度明顯提高,并形成殘余壓應(yīng)力。通過對表面微觀形貌的觀察,發(fā)現(xiàn)鋁合金表面較為平整光滑,表層材料組織明顯被壓縮,且形成加工硬化層。選擇合適的靜壓力、轉(zhuǎn)速、進給量和振幅,可提高滾壓表面質(zhì)量。
【圖文】：

圖 3-1ABAQUS 分析流程圖Fig. 3-1 Analysis process of ABAQUS求解結(jié)果并分析處后理判斷結(jié)果是否合理結(jié)果處理分析或改進處理模擬結(jié)束否是

圖 3-4 高速二維超聲滾壓有限元模型Fig. 3-4 Finite element model of two-dimensional ultrasonic rolling process3.2 有限元分析結(jié)果與討論3.2.1 高速二維超聲滾壓表面溫度場初選滾壓工藝參數(shù)靜壓力 F=192 N，主軸轉(zhuǎn)速 n=1000 r/min，進給量 fr=0.05mm/r，縱向振幅 A=7 μm，扭轉(zhuǎn)振幅 B=4 μm，為便于觀察，以 XY 平面切分模型，7050 鋁合金表層溫度分布隨時間的變化趨勢如圖 3-5 所示。從圖 3-5 可以看出，隨著高速二維超聲滾壓加工過程的進行，鋁合金表面的溫度逐漸上升，，且溫度上升的幅度不均勻，且接觸區(qū)域溫度較高。表面發(fā)生塑性變形大的區(qū)域溫度升高較快，等效應(yīng)變值也較大；塑性變形小的區(qū)域，溫度升高較慢，等效應(yīng)變值也相對較小。在超聲滾壓加工過程中，溫度場與等效應(yīng)變場是同時發(fā)生且相互影響的，鋁合
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG663

【參考文獻】

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本文編號：2590047