本文關(guān)鍵詞：超聲滾壓機理分析及實驗研究

  更多相關(guān)文章： 超聲滾壓 復(fù)合變幅桿 工藝參數(shù) 有限元分析

【摘要】：本文以接觸力學(xué)和彈塑性力學(xué)為理論基礎(chǔ),重點研究超聲輔助加工在滾壓過程中的作用。實驗證明,在滾壓中引入超聲波振動可以有效改善試件的表面質(zhì)量和機械性能,并且在特定的壓力范圍內(nèi),超聲滾壓較傳統(tǒng)的滾壓方式具有獨特的優(yōu)勢。在進行滾壓實驗之前,文章對超聲滾壓的機理做了必要的闡述,基于之前學(xué)者的研究成果,結(jié)合接觸力學(xué)的相關(guān)知識,對滾壓過程中的某些參量通過數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)進行了分析。由于滾壓之后試件主要性能的改變是產(chǎn)生了殘余應(yīng)力,因此在機理分析部分還對殘余應(yīng)力做了數(shù)值分析。在超聲滾壓系統(tǒng)中,變幅桿是核心部件之一。因此,設(shè)計制造一款經(jīng)濟適用的變幅桿也是很關(guān)鍵的一步,而且會直接關(guān)系到滾壓實驗的效果。滾壓實驗是以普通車床為載體,以未經(jīng)強化處理的45號圓柱鋼作為試件,通過工具頭向試件施加一定的初始靜壓力,在超聲波激勵下對試件表面進行滾壓。重點研究的實驗參數(shù)有:初始滾壓力、轉(zhuǎn)速、進給量、潤滑方式;所研究試件的表面參數(shù)有:粗糙度和硬度。在50-80N的初始滾壓力范圍內(nèi),超聲滾壓的表面覆蓋率明顯高于普通滾壓。在此范圍內(nèi),試件表面硬度同初始滾壓力、轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)關(guān)系,而同進給量成負相關(guān);初始滾壓力越大,轉(zhuǎn)速越高,潤滑越充分,表面粗糙度值越低。以上規(guī)律可歸結(jié)為滾壓參數(shù)對試件表面滾壓充分性的影響,滾壓越充分,金屬表層內(nèi)部組織就會越細致,從而使得硬度和表面光潔度都提高了。本文還利用有限元分析軟件WORKBENCH對所設(shè)計的變幅桿以及動態(tài)滾壓過程進行了仿真模擬,很好地驗證了設(shè)計的可靠性和實驗的有效性。
【關(guān)鍵詞】：超聲滾壓 復(fù)合變幅桿 工藝參數(shù) 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG663
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 滾壓加工概述9-11
• 1.1.1 滾壓加工的研究現(xiàn)狀10
• 1.1.2 滾壓強化存在的不足及發(fā)展前景10-11
• 1.2 超聲波加工技術(shù)概述11-14
• 1.2.1 超聲波加工工藝的研究現(xiàn)狀12
• 1.2.2 超聲波加工技術(shù)的應(yīng)用12-13
• 1.2.3 超聲加工的發(fā)展前景13-14
• 1.3 超聲滾壓加工的研究進展14-15
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容15-17
• 2 超聲滾壓強化機理研究17-28
• 2.1 金屬材料的塑性變形17
• 2.2 基于彈性半空間的經(jīng)典應(yīng)力求解方法17-19
• 2.3 彈性接觸的赫茲理論19-21
• 2.4 塑性屈服及殘余壓應(yīng)力的計算21-23
• 2.5 滾壓沖擊接觸理論23-24
• 2.5.1 彈性沖擊23-24
• 2.5.2 非彈性滾壓24
• 2.6 基于赫茲彈性接觸理論的殘余應(yīng)力解析24-27
• 2.7 本章小結(jié)27-28
• 3 變幅桿的設(shè)計與動力學(xué)分析28-41
• 3.1 超聲變幅桿的設(shè)計28-33
• 3.1.1 變幅桿的材料選擇28
• 3.1.2 變幅桿的類型選擇28-29
• 3.1.3 變幅桿的設(shè)計29-32
• 3.1.4 變幅桿的制造工藝32-33
• 3.2 變幅桿的動力學(xué)分析33-39
• 3.2.1 有限元WORKBENCH分析簡介33-34
• 3.2.2 變幅桿的模態(tài)分析34-37
• 3.2.3 變幅桿的諧響應(yīng)分析37-39
• 3.3 本章小結(jié)39-41
• 4 超聲滾壓實驗探究與分析41-71
• 4.1 超聲滾壓實驗原理41-42
• 4.2 超聲滾壓加工裝置設(shè)計42-47
• 4.2.1 夾具的設(shè)計42-43
• 4.2.2 壓力傳感器及數(shù)顯表的選擇43-44
• 4.2.3 超聲波發(fā)生器簡介44-45
• 4.2.4 換能器的選擇45-46
• 4.2.5 滾動體的選擇46-47
• 4.3 超聲滾壓實驗47-70
• 4.3.1 實驗?zāi)康?/span>47
• 4.3.2 實驗條件47-48
• 4.3.3 滾壓覆蓋率分析48-51
• 4.3.4 工具頭振動分析51-52
• 4.3.5 傳感器剛度系數(shù)52-54
• 4.3.6 工件偏心量的計算54-56
• 4.3.7 初始滾壓力與轉(zhuǎn)速對表面粗糙度的影響56-60
• 4.3.8 初始滾壓力與轉(zhuǎn)速對表面硬度的影響60-63
• 4.3.9 初始滾壓力與進給量對表面粗糙度的影響63-67
• 4.3.10 超聲滾壓潤滑方式對試件表面粗糙度的影響67-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 5 超聲滾壓的動力學(xué)分析71-84
• 5.1 顯示動力學(xué)分析簡介71-72
• 5.2 超聲滾壓有限元模擬理論基礎(chǔ)72-73
• 5.3 超聲滾壓過程的有限元仿真73-83
• 5.3.1 試件在不同位置處單圈滾壓應(yīng)力分析73-79
• 5.3.1.1 滾壓接觸模型的建立74
• 5.3.1.2 定義材料參數(shù)74
• 5.3.1.3 網(wǎng)格劃分74-75
• 5.3.1.4 載荷與邊界條件75-76
• 5.3.1.5 結(jié)果分析76-79
• 5.3.2 不同的網(wǎng)格精度對滾壓應(yīng)力分布的影響79-81
• 5.3.3 滾壓應(yīng)力的軸向分布規(guī)律81-83
• 5.4 本章小結(jié)83-84
• 總結(jié)與展望84-86
• 參考文獻86-89
• 致謝89-90
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90-91

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