機械零部件往往因表面局部疲勞、磨損及腐蝕等造成過早失效。在航空宇航、國防、海洋工程、交通運輸工程等高科技領域,對機械零部件性能的要求極高,要求良好的光潔度以增加配合精度,還要求良好的表面耐腐蝕性、耐磨性和抗疲勞強度。滾壓加工技術可有效提高機械零部件的表面綜合質量、抗疲勞強度、耐磨性及耐腐蝕性,但其存在滾壓力過大、刀具使用壽命短、易損壞和加工效率低下等局限性,并且在工件表面形成的硬化層是分層存在的,容易脫落。將高頻超聲振動引入滾壓加工技術中,即超聲滾壓加工技術,可有效的避免傳統(tǒng)滾壓加工的局限性以及解決硬化層的分層脫落現象,并能夠獲得更好的加工效果和加工精度,并且二維超聲滾壓加工擁有比一維超聲滾壓更好的加工效果和加工精度。本文設計了單激勵超聲橢圓振動滾壓裝置,應用PZFlex有限元軟件對單激勵超聲橢圓振動滾壓振子進行瞬態(tài)響應分析,使用制作的超聲橢圓振動滾壓裝置搭建了超聲滾壓加工系統(tǒng),并用該系統(tǒng)進行超聲滾壓實驗。本文主要完成了如下工作:1、依據換能器和圓錐形變幅桿的設計理論,設計了四分之一波長換能器以及不對稱結構的四分之一波長變幅桿,制造及裝配超聲橢圓振動滾壓振子。用頻率特性分析儀及多普勒激光測振儀測試了超聲振子的諧振頻率和振子端面的振幅位移。分析了不對稱結構變幅桿產生橢圓振動的機理,利用PZFlex研究分析了不對稱結構超聲振子橫向振幅的影響因素,結果表明:隨著鍵槽間距、鍵槽深度和鍵槽半徑的增大超聲振子的橫向振幅隨之增大。2、應用PZFlex分析了超聲振子的瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應,通過后處理器獲得幅頻特性曲線和阻抗特性曲線,分析超聲橢圓振動滾壓振子的諧振頻率,通過位移時域結果分析振子的振幅。有限元分析所得的諧振頻率為20.226KHz,與設計頻率20KHz的誤差在合理范圍之內,橫向振幅和縱向振幅為3um和11.7um。驗證了超聲橢圓振動振子端面質點的運動軌跡為橢圓軌跡。3、設計了滾壓工具頭和夾持裝置,搭建超聲滾壓系統(tǒng),對超聲滾壓系統(tǒng)進行性能測試,其結果表明該系統(tǒng)滿足超聲滾壓加工的要求。應用超聲滾壓系統(tǒng)對鋁合金棒進行滾壓試驗,其結果表明:超聲橢圓振動滾壓加工的滾壓效果比普通滾壓的效果更好;研究分析了進給量、徑向進給量和工件轉速對表面粗糙度和表面顯微硬度的影響規(guī)律。
【學位單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG663;TG305
【部分圖文】：

1-工件 2-超聲電源 3-滾壓工具頭 4-變幅桿 5-換能器圖 1-1 超聲滾壓加工系統(tǒng)示意圖加工是反復沖擊式滾壓加工方式，超聲電源提供一定器轉化為機械振動，通過變幅桿放大并傳遞到滾壓工生超聲機械振動，再對旋轉工件進行滾壓加工，完成中，滾壓工具頭施加一定壓力在工件表面上，并沿工時把高頻機械振動通過滾壓工具頭施加在工件表面上工具頭在高頻振動下，間歇性的與工件接觸和分離，的處理，高頻機械振動能量由表面導入材料內部，導變形[21]。加工后，工件表層發(fā)生塑性流動令表面微觀使得工件的表面更加光潔，粗糙度值減��；避免了傳壓在工件表面上，在刀具前方未強化的工件表面有堆具頭上，類似積屑瘤，由此產生切刮現象；防止工件避免了傳統(tǒng)滾壓加工后工件表層容易脫落的問題。

1-工件 2-超聲電源 3-滾壓工具頭 4-變幅桿 5-換能器圖 1-1 超聲滾壓加工系統(tǒng)示意圖超聲滾壓加工是反復沖擊式滾壓加工方式，超聲電源提供一定功率的高頻電振蕩，經換能器轉化為機械振動，通過變幅桿放大并傳遞到滾壓工具頭上，使得滾壓工具頭產生超聲機械振動，再對旋轉工件進行滾壓加工，完成超聲滾壓加工過程[20]。滾壓過程中，滾壓工具頭施加一定壓力在工件表面上，并沿工件軸向以一定速度進給，同時把高頻機械振動通過滾壓工具頭施加在工件表面上，進行周期性的撞擊滾壓，工具頭在高頻振動下，間歇性的與工件接觸和分離，強化了對微小原子運動變形的處理，高頻機械振動能量由表面導入材料內部，導致工件的表層產生彈、塑性變形[21]。加工后，工件表層發(fā)生塑性流動令表面微觀上的“凸峰”填入“凹谷”，使得工件的表面更加光潔，粗糙度值減��；避免了傳統(tǒng)滾壓過程中工具頭始終緊壓在工件表面上，在刀具前方未強化的工件表面有堆積凸起物產生，部分附著在工具頭上，類似積屑瘤，由此產生切刮現象；防止工件表面的硬化層分層的出現，避免了傳統(tǒng)滾壓加工后工件表層容易脫落的問題。

1-工件 2-超聲電源 3-滾壓工具頭 4-變幅桿 5-換能器圖 1-1 超聲滾壓加工系統(tǒng)示意圖超聲滾壓加工是反復沖擊式滾壓加工方式，超聲電源提供一定功率的高頻電振蕩，經換能器轉化為機械振動，通過變幅桿放大并傳遞到滾壓工具頭上，使得滾壓工具頭產生超聲機械振動，再對旋轉工件進行滾壓加工，完成超聲滾壓加工過程[20]。滾壓過程中，滾壓工具頭施加一定壓力在工件表面上，并沿工件軸向以一定速度進給，同時把高頻機械振動通過滾壓工具頭施加在工件表面上，進行周期性的撞擊滾壓，工具頭在高頻振動下，間歇性的與工件接觸和分離，強化了對微小原子運動變形的處理，高頻機械振動能量由表面導入材料內部，導致工件的表層產生彈、塑性變形[21]。加工后，工件表層發(fā)生塑性流動令表面微觀上的“凸峰”填入“凹谷”，使得工件的表面更加光潔，粗糙度值減��；避免了傳統(tǒng)滾壓過程中工具頭始終緊壓在工件表面上，在刀具前方未強化的工件表面有堆積凸起物產生，部分附著在工具頭上，類似積屑瘤，由此產生切刮現象；防止工件表面的硬化層分層的出現，避免了傳統(tǒng)滾壓加工后工件表層容易脫落的問題。
【參考文獻】

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本文編號：2855306