摘要
超声滚压加工是一种新型的表面等材加工技术，结合了静压滚压和超声冲击两种加工形式，配合运动控制系统可以在表面形成可控的塑性变形，提高表面性能。目前常见的表面微织构制备技术有激光加工、微细电火花加工、磨料射流加工、离子蚀刻加工、光刻加工等，均为增减材加工。本文提出利用超声滚压进行微织构制备的新技术，通过有限元分析和试验两种方法，研究滚压工艺参数对织构表面形貌和性能的影响。 建立了超声滚压制备表面微织构的有限元仿真模型，研究了超声滚压表面位移和残余应力的分布规律，分析其随滚压工艺参数的变化规律，结果表明:超声滚压表面形成了明显的沟槽形貌与材料堆积，生成了以压应力为主的残余应力层。滚压工艺参数中静压力对表面残余应力与位移影响最大，振幅影响较小，得出了最优参数为:静压力600N，振幅79m，进给速度1000mm/min。 设计了直线、同心圆和正弦三种形貌的微织构，利用超声滚压设备在304不锈钢和45#钢两种材料表面进行微织构制备，研究了滚压工艺参数对材料表面形貌的影响规律，结果表明:超声滚压试样表面均形成了稳定规则的微织构形貌，且随着步距增大，织构深度增加。45#钢表面织构形貌十分清晰，变形程度较小，且织构深度受步距影响较弱。304不锈钢变形程度较大，同时，由于“粘刀”现象形成了一定程度的表面损伤，这种损伤可以通过改变步距与织构形貌减小。受加工路径以及是否采用往复加工方式的影响，三种织构表面形貌的随步距的变化规律有着明显的差异。 对超声滚压织构化表面的硬度、晶相和润湿性进行测试，分析滚压工艺参数对超声滚压织构化表面性能的影响规律，结果表明:超声滚压后的试样硬度均有着明显的增加，45#钢材料表面晶粒发生明显的细化，304不锈钢表面则发生了显著的奥氏体向马氏体的转化。两种材料表面硬度和晶相随滚压工艺参数变化规律也有着明显的差异，这源于两者在超声滚压时不同的变形强化机理。超声滚压织构化表面接触角相比基体有增大的趋势，304不锈钢接触角整体大于45#钢，两种材料下接触角随滚压工艺参数的变化有着一致性，而织构形貌对接触角的变化规律有着显著影响。
NETL