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热加工工艺 2022年第2期51卷 1-5页

作者：郑晓东林有希蔡建国福州大学机械工程及自动化学院福建福州350108

滚压前后,金属表面性质发生改变,晶粒细化,增加了金属的硬度和耐磨性,但相关金属的耐腐蚀能力却情况不明。讨论了不同金属滚压前后的耐腐蚀能力,分析影响金属耐腐蚀行为的因素,并对造成不同金属耐腐蚀性能差异的原因进行了总结。

关键词：滚压超声滚压加工腐蚀钝化膜点蚀

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超声滚压加工对改善金属表面性能的研究

超声滚压加工对改善金属表面性能的研究

作者：刘洁青岛科技大学

学位级别：硕士

本文提出的超声滚压加工工艺是在传统压光工艺的基础上,增设超声波滚压装置,对加工工件的表面施加一定的静压力,与此同时产生超声波机械振动,对工件表面进行超声冲击,以此通过材料表面的综合性能的一种工艺加工方法,是对传统压光工艺的... 详细信息

本文提出的超声滚压加工工艺是在传统压光工艺的基础上,增设超声波滚压装置,对加工工件的表面施加一定的静压力,与此同时产生超声波机械振动,对工件表面进行超声冲击,以此通过材料表面的综合性能的一种工艺加工方法,是对传统压光工艺的改进。超声滚压加工工艺主要是针对对塑性材料的回转体的一种加工工艺,塑性材料的材质较软,塑性大,容易被加工。使用超声滚压加工工艺方法应根据被加工材料的材质来选择合适的工艺加工参数,工艺参数主要有：主轴转速、进给量、输出频率、处理次数等。超声表面强化是提高零部件疲劳强度的非常有效的塑变强化方法之一。其提高疲劳强度的主要原因是塑变强化使工件表层产生了残余应力和加工硬化,从而阻碍了裂纹的形成及扩展。本课题以轴类常用的45号钢试样为例,通过测量硬度和表面粗糙度等机械性能,分析研究了超声滚压加工工艺的机理和试验装置,以及各工艺加工参数对于试件的机械性能的影响规律。在超声滚压加工工艺中,各工艺参数对于表面粗糙度、表面硬化程度以及表面残余应力都有不同程度的影响,选取合适的工艺参数可以降低甚至能够消除前序加工所产生的表面缺陷,但是反复的塑性变形同样也会破坏表面质量,当处理能量大于材料的抗拉强度时,工件表面会产生微观裂纹等破坏形式。本文还对超声滚压强化进行了有限元分析。

关键词：超声滚压加工回转体硬质合金球工艺参数

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锤杆的超声滚压加工及断裂修复

机械制造 1998年第4期36卷 29-30页

作者：雷勇涛新余高等专科学校江西336525

叙述了锤杆应用陶瓷刀具精车后,进行超声滚压的新工艺,以提高加工质量及使用寿命;并介绍了锤杆断裂后的修复工艺。

关键词：陶瓷刀具超声滚压加工锤杆修复锻锤

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高温合金超声滚压表面完整性及微动磨损研究

高温合金超声滚压表面完整性及微动磨损研究

作者：刘彦杰济南大学

学位级别：硕士

GH141高温合金具有优异的抗高温氧化性能和抗疲劳性能,常用于制造航空发动机的叶片、涡轮盘等热端零部件。在极端服役环境下,高温合金承受了较强离心作用及复杂动态循环载荷,极易在表面产生微动磨损、疲劳,导致关键构件失效。面对航空... 详细信息

GH141高温合金具有优异的抗高温氧化性能和抗疲劳性能,常用于制造航空发动机的叶片、涡轮盘等热端零部件。在极端服役环境下,高温合金承受了较强离心作用及复杂动态循环载荷,极易在表面产生微动磨损、疲劳,导致关键构件失效。面对航空加工构件的减磨抗疲劳的实际需求,通过改进制造工艺来提高零部件的表面性能显得尤为重要。论文以典型高温合金GH141为研究对象,采用超声滚压加工,借助动力学分析、有限元模拟与实验相结合的方法,对其超声滚压加工的动态力学性能、加工过程模拟、表面完整性及其微动磨损性能进行了研究。首先,建立超声冲击强化滚压头与工件表面的冲击运动模型,分析瞬态冲击时GH141高温合金的加工面表层力学性能变化特性,引入弹性冲击接触理论,深入分析了超声加工中应力的产生机制及超声软化效应;构建冲击时超声应力波的产生与传播时域模型,揭示超声强化的应力波传播演化规律。基于所构建的冲击力学模型,建立GH141高温合金的超声滚压加工有限元模型,分析残余应力沿工件深度方向的变化趋势及超声滚压过程中的能量分布规律;进而结合超声能量变化特性揭示了超声滚压过程中加工面的弹塑性变形规律;基于一维平面应力波理论,模拟了超声应力波的产生与传播过程,阐明了不同冲击条件下的应力波随时间变化及沿深度方向的传播特性。采用单因素实验法进行不同加工参数下的GH141高温合金超声滚压实验,对比验证了超声滚压有限元模型的有效性,分析了塑性应力波引起的表层残余应力的变化规律。利用超景深显微镜、维氏硬度仪、金相显微镜等设备对加工过后的工件表面粗糙度、表面硬度和表层金相进行表征。结果表明:超声滚压过后的表面粗糙度值降低至Ra0.037,表面最大硬度达到535HV,同时形成了均匀、细致的细晶梯度结构层,沿深度方向晶粒尺寸逐渐增大。最后对超声滚压加工处理前后的GH141高温合金试样进行微动磨损实验,建立了不同静压力、振幅、滚压次数与摩擦系数的映射关系,利用白光干涉仪以及扫描电子显微镜对磨损区域进行分析,证明了在塑性应力波形成的残余应力以及表面硬化层对表面完整性的改性作用,超声滚压过后的试样摩擦系数降低至0.2,磨损面微观组织形貌也得到了改善,这为高温合金提升耐磨性能的制造及应用提供了技术支持。

关键词：超声滚压加工 GH141高温合金应力波有限元微动磨损

JZ50钢车轴超声滚压强化对疲劳寿命影响研究

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JZ50钢车轴超声滚压强化对疲劳寿命影响研究

作者：李伟龙大连交通大学

学位级别：硕士

车轴是铁路机车的重要部位,它的安全与否直接关系到列车的安全运行。在实际运行中,车轴主要失效部位集中在卸荷槽、轮座嵌镶部等。针对卸荷槽部位失效问题,目前该部位采用普通的机械滚压工艺,利用金属在常态下的冷塑型特点,通过滚压工... 详细信息

车轴是铁路机车的重要部位,它的安全与否直接关系到列车的安全运行。在实际运行中,车轴主要失效部位集中在卸荷槽、轮座嵌镶部等。针对卸荷槽部位失效问题,目前该部位采用普通的机械滚压工艺,利用金属在常态下的冷塑型特点,通过滚压工具对工件表层施加一定的压力产生残余压应力提高疲劳寿命。随着机车运用发现车轴卸荷槽部位仍然会有疲劳裂纹产生。为了进一步提升车轴卸荷槽部位疲劳强度,针对超声滚压加工工艺开展研究。首先通过试验获得最优JZ50钢材质超声滚压加工工艺参数,并进行疲劳分析;其次针对该材质车轴进行不同表面强化处理的疲劳寿命对比分析,得到最优表面强化加工工艺,具体包括以下几个方面:1.为了获得最优的超声滚压加工参数,采用JZ50钢材质小试样开展试验研究,用不同的机床转速、进给量及静压力对试样进行表面加工。分别观测表面加工后的粗糙度、表面硬度、表面残余应力、表层组织形貌,结合加工参数进行数据分析,获得最优的超声滚压加工工艺参数。用上述最优加工参数处理过的试样和未做任何表面处理的试样进行疲劳强度试验获得疲劳寿命S-N曲线,对比结果分析得出超声滚压工艺对JZ50钢材质疲劳极限的影响。2.为了研究超声滚压加工工艺对JZ50钢材质车轴强化性能如何,采用JZ50钢机车车轴大试样进行试验研究。首先进行了试验的设计包括试验方式、样件尺寸、传感器布置位置、试验关键参数计算、不同表面处理工艺的试验分组、试验进行方案等。然后进行振动疲劳试验记录试验数据,最后通过试验数据分析得出超声滚压强加工工艺、正常滚压加工工艺和抛光处理对车轴疲劳性能的影响。通过上述两项试验结果表明,JZ50钢材质金属通过超声滚压处理后,表面粗糙度大幅度提高,表面硬度大幅度增加,疲劳寿命大幅增加。提升JZ50钢车轴疲劳强度方面超声滚压加工工艺效果最为明显,其次是正常滚压加工工艺,性能最差的是抛光工艺,将目前使用的滚压加工工艺优化为超声滚压加工工艺具有可行性。

关键词：超声滚压加工疲劳强度 JZ50材质车轴

超声滚压18CrNiMo7-6齿轮钢表面变质层性能分析

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郑州大学学报（工学版） 2020年第2期41卷 44-49,79页

作者：刘治华张天增杨孟俭戴骐隆张银霞郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001

研究了18CrNiMo7-6齿轮钢超声滚压后表面变质层的性能和加工工艺。分别运用三维表面形貌测量系统、显微硬度计、超景深三维显微系统和高速大功率X射线残余应力分析仪等工具观察试样加工前后的表面变质层变化,并采用单因素试验分析试验数... 详细信息

研究了18CrNiMo7-6齿轮钢超声滚压后表面变质层的性能和加工工艺。分别运用三维表面形貌测量系统、显微硬度计、超景深三维显微系统和高速大功率X射线残余应力分析仪等工具观察试样加工前后的表面变质层变化,并采用单因素试验分析试验数据,研究超声滚压工艺参数对试样表面变质层的影响。结果表明:经过超声滚压加工,表面粗糙度由未经超声滚压处理的3.003μm减少到0.468μm,显著的加工硬化在该材料表面形成,表面显微硬度从最开始的360.9 HV升高到442.9 HV,升高了22.7%,高硬度层达到了300μm;平整的表面在超声滚压加工后出现;在距离表面40μm处残余压应力形成峰值,其值约为-790.97 MPa。超声滚压技术显著提高了材料的变质层性能。

关键词：超声滚压加工 18CrNiMo7-6 表面粗糙度硬度残余应力

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超声滚压机理及颤振分析

超声滚压机理及颤振分析

作者：姚静青岛科技大学

学位级别：硕士

机械加工的表面质量对零件的耐磨性、抗疲劳性、抗蚀性等性能有很大的影响,因此提高零件的表面质量是机械加工中一项重要的工作。超声滚压加工技术作为一种新型的表面强化手段在机械领域得到了广泛的发展,它具有弹性压力小、摩擦力小、... 详细信息

机械加工的表面质量对零件的耐磨性、抗疲劳性、抗蚀性等性能有很大的影响,因此提高零件的表面质量是机械加工中一项重要的工作。超声滚压加工技术作为一种新型的表面强化手段在机械领域得到了广泛的发展,它具有弹性压力小、摩擦力小、表面材料光滑且耐磨性高等一系列优点。首先阐述了超声滚压装置中设备的选择及设计,变幅杆作为超声振动系统中的重要组成部分之一,对它的选择及设计进行了详细的分析。对在超声滚压过程中出现的振动情况做出了相应的分析,再生型颤振是影响滚压过程产生不稳定加工的重要原因,它的产生严重的影响了滚压加工精度及工件的表面性能。基于线性理论建立了超声滚压加工系统的单自由度力学模型,对其进行稳定性分析及推导得到颤振的临界极限状态。运用MATLAB软件仿真得到超声颤振系统的稳定性叶瓣图,并仿真分析重叠系数、等效刚度、阻尼系数及固有频率不同的动力参数对颤振稳定性的影响。利用Simulink工具箱仿真绘制出不同滚压宽度的时域图,得到振动系统发生颤振的临界极限状态。选取不同的重叠系数、主轴转速及滚压次数对零件进行加工,并对其进行表面性能测量,使用粗糙度仪及硬度计采集数据,分析不同因素对材料表面性能的影响。针对颤振产生的机理寻求抑制及消除颤振的措施,为今后提高被加工零件的表面性能提供良好的理论基础。最后通过理论力学与接触力学相结合基于赫兹理论来探究零件的弹塑性变形,并分析材料的残余应力及其对材料疲劳寿命的影响。利用ANSYS软件对超声滚压加工进行模拟分析,得到变形的应力应变状态,为进一步研究超声滚压加工提供了良好的思路。

关键词：超声滚压加工再生型颤振 Matlab/Simulink仿真有限元分析

超声滚压TC4钛合金残余应力及表面性能研究

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超声滚压TC4钛合金残余应力及表面性能研究

作者：王峰济南大学

学位级别：硕士

钛合金具有比强度高、密度低、耐高温和抗腐蚀等特点,是目前航空航天领域首选结构材料,被广泛应用于飞机发动机叶片、机身、飞机起落架等关键构件。面对复杂的服役环境,钛合金在服役条件下往往因疲劳、磨损和腐蚀而失效。面向航空关键... 详细信息

钛合金具有比强度高、密度低、耐高温和抗腐蚀等特点,是目前航空航天领域首选结构材料,被广泛应用于飞机发动机叶片、机身、飞机起落架等关键构件。面对复杂的服役环境,钛合金在服役条件下往往因疲劳、磨损和腐蚀而失效。面向航空关键构件的抗疲劳制造和长寿命服役的需求,论文重点研究了TC4钛合金超声滚压加工高应变率大变形条件下表层残余应力演变规律和对表面性能影响分析,围绕超声滚压动态力学分析、有限元仿真、残余应力控制和加工表面宏微观性能等方面展开研究工作。基于超声滚压加工原理,对超声滚压运动特性进行分析,获得了超声滚压加工滚压头的空间运动轨迹,为超声滚压力学行为分析奠定基础。通过弹性冲击接触理论与压电传感器测试原理,获取了动态冲击力幅值与静压力和振幅的关系,为有限元仿真分析提供了动态冲击力函数的加载设定。借助超声滚压TC4钛合金形成的残余应力模型,对超声滚压残余应力形成及作用机制展开研究,分析超声滚压加工条件下由于超高频冲击波作用产生的残余应力场分布情况,为有限元仿真应力分析和表面性能的研究和改善提供了理论指导和基础数据。基于动态冲击力学模型,通过ABAQUS软件建立了超声滚压加工的三维有限元模型,对网格进行评估,定义动态冲击力加载的模拟仿真,揭示了不同静压力、振幅、时间下TC4钛合金表面残余应力及沿改性层方向的分布影响规律,仿真结果表明超声滚压加工后产生了较高数值的残余压应力,实现了应变强化。进行不同加工参数下的TC4钛合金超声滚压实验,采用全自动梯度应力检测及分析系统研究了超声滚压后钛合金试样的残余应力分布情况。实验结果表明,表面及沿层深的残余应力实验值与模拟值吻合较好,验证了有限元模型的精度。结合SEM等微观检测的结果分析,发现超声滚压加工后的表层形成了晶粒细化改性层,表层内晶粒被拉长,从晶粒细化角度揭示了最大残余压应力位于距表面一定深度处的原因。以加工表面形成高值压应力层为优化目标,确定了静压力、振幅和滚压次数的最优参数组合,为保障和改善超声滚压加工钛合金表面性能提供了实验依据和基础数据。借助表面质量检测手段,对不同超声滚压加工参数下TC4钛合金表面的宏微观性能(包括表面粗糙度、表面三维形貌、加工硬化、摩擦磨损性能)进行分析,探索超声滚压参数对表面形成特征的影响规律。通过粗糙度及表面三维形貌实验揭示了超声滚压加工后试件具有高品质的光整加工效果。加工硬化和摩擦磨损实验定量的分析了不同超声滚压加工参数下TC4钛合金表层硬度与耐磨性的影响规律。结果表明超声滚压加工后材料的宏微观性能均有明显改善。

关键词：超声滚压加工 TC4钛合金残余应力表面性能有限元

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超声滚压中颤振对零件表面质量的影响

机械与电子 2018年第9期36卷 11-15页

作者：杨健坤孟繁萃赵洪博张明青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061

基于超声波滚压加工,研究了超声滚压加工过程中颤振的产生机理。通过改变加工参数,进行超声滚压加工实验,采用HV-50A型维氏硬度计对超声滚压加工前后试样表面硬度进行测量,总结了重叠系数、主轴转速和滚压次数对超声滚压的影响规律,阐... 详细信息

基于超声波滚压加工,研究了超声滚压加工过程中颤振的产生机理。通过改变加工参数,进行超声滚压加工实验,采用HV-50A型维氏硬度计对超声滚压加工前后试样表面硬度进行测量,总结了重叠系数、主轴转速和滚压次数对超声滚压的影响规律,阐明了抑制颤振的方法和途径,为提高超声滚压系统的表面加工质量提供可靠指导。

关键词：超声滚压加工自激振动颤振表面质量