摘要
超声滚压是一种新型的金属表面加工工艺，是在传统滚压技术的基础上叠加了超声振动，运用超声振动对金属表面进行高频率的冲击，使工件表层硬度显著提高，疲劳强度增加，从而大大延长金属工件的疲劳寿命。本文通过感应加热的方式对渗碳热处理18CrNiMo7-6钢进行了加热辅助超声滚压的研究，主要工作由以下几个方面组成: 1.基于赫兹接触理论和弹塑性变形理论，分析了超声滚压时弹性接触的应力应变，并对超声滚压过程中的加载、卸载进行了分析，提出了卸载后残余应力的计算方法。此外还介绍了本次感应加热辅助超声滚压试验所用到的试验装置。 2.进行了感应加热辅助超声滚压试验，介绍了渗碳热处理18CrNiMo7-6钢试样的制备，讨论了加热辅助超声滚压试验所用到的加热温度，研究不同温度对超声滚压后试样表层残余应力、表层硬度、表面粗糙度的影响规律。在合适的加热温度下，与常温超声滚压试验相比，试样表面残余应力增大了29％,残余压应力深度从1700μm增加到2450μm，表面粗糙度降低了40.5％。此外还研究了不同加热温度对超声滚压后试样疲劳性能的影响，发现随着加热温度的升高，试样的抗疲劳性能显著增加。 3.采用灰关联分析方法对感应加热辅助超声滚压试验的工艺参数进行了优化，得到了实现最好表面完整性的优选工艺参数为静压力400N、主轴转速50r/min、进给量0.04mm/r,加热温度250℃。以及各加工因素对表面完整性影响的显著性顺序为静压力＞主轴转速＞进给量＞加热温度。此外，采用主效应分析法分析了不同的超声滚压工艺参数对试样的表面粗糙度、表面硬度以及表面残余应力各自的影响程度，以及分别实现最好表面粗糙度、表面硬度、表面残余应力的优选工艺参数，并通过试验对其进行了验证。 4.进行了感应加热辅助超声滚压残余应力有限元仿真，考虑了试样在超声滚压前的初始残余应力以及试样表层材料梯度分布特性，仿真得到了不同静压力、主轴转速以及加热温度下超声滚压试样表层的残余应力分布，对比分析仿真结果与试验结果，在加热温度为250℃以下时，试验结果和仿真结果的最大误差为13.3％,绝大部分基本稳定在9％以内，说明了该有限元模型的有效性。此外，还分析了不同材料特性与不同初始残余应力对超声滚压后试样表层残余应力分布的影响，发现考虑了材料梯度分布特性的有限元模型可以有效提高仿真的精度及准确性。
NETL