超聲噴丸強化機理的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們對機械裝備的安全可靠性能和壽命要求越來越高。機械裝備，如飛機、裝甲車、船舶、機車、汽車、內(nèi)燃機、汽輪機、冶金機械、石油機械、采煤機械、礦山機械等，其中凡是承受循環(huán)載荷的重要承力件隨時可能出現(xiàn)疲勞斷裂失效，其后果不僅造成財產(chǎn)損失還會導(dǎo)致人員傷亡，因此提高機械零部件的疲勞強度和壽命具有重大意義。噴丸形變強化工藝是通過對零件表層實施冷擠壓而使表層冷作硬化和產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，目前該技術(shù)已被證明能顯著提高零件抗疲勞性能和

2、抗應(yīng)力腐蝕能力，延長零件使用壽命。時至今日，噴丸形變強化工藝已經(jīng)成為現(xiàn)代零部件不可缺少的加工制造工藝，是衡量和評價一個國家的機器制造工藝技術(shù)水平的標(biāo)志之一。 傳統(tǒng)的噴丸工藝由于自身存在一些難以解決的缺點，導(dǎo)致新的噴丸方式不斷涌現(xiàn)。利用超聲波能量進(jìn)行噴丸強化的工藝技術(shù)目前已經(jīng)顯示具有很多優(yōu)點，例如工作過程中丸粒幾乎無破損，無粉塵污染，且可重復(fù)利用多次；設(shè)備體積小，耗能低，甚至可以做成便攜式，因此可以投入生產(chǎn)線或進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)；可以用

3、簡單的設(shè)備處理各種復(fù)雜形狀，如帶有復(fù)雜型腔的工件等。 本文以驗證超聲噴丸強化能力和研究超聲噴丸強化機理為出發(fā)點，進(jìn)行了超聲噴丸實驗設(shè)備的設(shè)計、制造和噴丸能力實驗，對超聲噴丸強化機理進(jìn)行理論探討，并通過有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對超聲噴丸過程進(jìn)行仿真分析。主要研究內(nèi)容有: 1.根據(jù)彈塑性力學(xué)、接觸力學(xué)和塑性動力學(xué)理論對超聲噴丸強化機理進(jìn)行理論探討，按理論公式推導(dǎo)了固定噴丸參數(shù)前提條件下對應(yīng)的試件內(nèi)部的殘余壓應(yīng)力分

4、布狀況。理論計算結(jié)果與實際的應(yīng)力分布趨勢相同，數(shù)值也十分相近。 2.將超聲噴丸過程簡化為1、2、9和13個丸粒撞擊試件的模型，應(yīng)用ANASYS/LS-DYNA軟件對過程進(jìn)行有限元仿真。得出了丸粒直徑增加或丸粒密度增大，可以使殘余應(yīng)力層和最大殘余壓應(yīng)力值增加；當(dāng)兩丸粒中心距小于丸粒直徑時，撞擊區(qū)域相互作用不可忽略；噴丸覆蓋率對強化效果有重要影響，覆蓋率低于100％時，會在相鄰撞擊區(qū)域之間產(chǎn)生特定方向的拉應(yīng)力，降低噴丸強化效果。

5、 3.運用變幅桿設(shè)計的理論，根據(jù)變幅桿兩個端面的直徑，設(shè)計出超聲噴丸實驗設(shè)備用階梯形變幅桿。根據(jù)振動理論和有限元方法，借助于有限元軟件ANSYS進(jìn)行變幅桿的模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析。同時設(shè)計了超聲噴丸實驗設(shè)備的外部支架，以及試驗用噴丸室。 4.建立了一套噴丸沖擊力實驗測量系統(tǒng)。關(guān)鍵組成部分包括超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿和噴丸室。在受噴件表面中心處安裝壓電式?jīng)_擊力傳感器，測量噴丸沖擊力，用電荷放大器把信號放大，由數(shù)字示波器采集和