縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工表面成形機(jī)理研究.pdf

1、縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工是一種新型表面光整強(qiáng)化技術(shù)，該技術(shù)將二維超聲振動加工工藝與擠壓加工工藝深度融合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，以期獲得更好的表面加工質(zhì)量。本文以7075-T6航空鋁合金為研究對象，從理論分析、數(shù)值模擬和工藝試驗(yàn)三個方面探究其在縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工過程中表面成形機(jī)理。主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，根據(jù)縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工工作原理，構(gòu)建了縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工運(yùn)動學(xué)模型和擠壓壓痕力學(xué)模型，定性分析了復(fù)合振動擠

2、壓加工時(shí)試件表面內(nèi)應(yīng)力大小與試件材料本身物理力學(xué)性能和擠壓工藝參數(shù)關(guān)系。采用數(shù)值分析方法研究了各工藝參數(shù)對試件表面內(nèi)應(yīng)力的影響規(guī)律，結(jié)果表明：最大極限內(nèi)應(yīng)力隨著靜壓力、半徑、振幅和頻率的增大而增大，隨擠壓速度及深度的增大而減小。
　　其次，基于縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工運(yùn)動學(xué)模型，分別對縱向振動超聲擠壓加工和縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工數(shù)值模擬，分析了內(nèi)應(yīng)力在不同時(shí)間步下分布情況，獲得了擠壓工藝參數(shù)變化對殘余應(yīng)力沿深度方向分布影響規(guī)

3、律。結(jié)果表明：兩種擠壓方式下，試件表面為殘余壓應(yīng)力，隨深度增加殘余壓應(yīng)力先增后減，后變?yōu)槔瓚?yīng)力，至基體處接近為零。隨靜壓力增加，殘余應(yīng)力和壓應(yīng)力層深度均有不同程度增大，而擠壓速度對其影響相反，隨振幅增加殘余應(yīng)力及深度呈小幅度增大趨勢，相位差對殘余應(yīng)力影響很小，可忽略不計(jì)。
　　最后，通過設(shè)計(jì)考慮交互作用的正交試驗(yàn)方案，分別進(jìn)行縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工試驗(yàn)和常規(guī)擠壓加工試驗(yàn)，并對試件表面粗糙度、表面硬度及表面微觀組織形貌進(jìn)行測試分

4、析，研究了各擠壓工藝參數(shù)對試件表面粗糙度及表面硬度的影響規(guī)律，構(gòu)建表面粗糙度和表面硬度預(yù)測模型，獲得了最低表面粗糙度值和最大表面硬度值下最佳擠壓工藝參數(shù)。結(jié)果表明：相同擠壓工藝參數(shù)下，縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工后試件表面粗糙度值優(yōu)于常規(guī)擠壓加工；試件表面硬度高于普通擠壓加工；縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工后試件表面形貌優(yōu)于常規(guī)擠壓加工和數(shù)控車削加工。
　　本課題研究成果有助于進(jìn)一步完善縱-彎復(fù)合振動超聲擠壓加工機(jī)理，為該技術(shù)的工程應(yīng)用