【摘要】：超聲表面滾壓(Ultrasonic Surface Rolling Extrusion,USRE)是一種基于彈塑性變形的新型表面強(qiáng)化方法,它利用超聲頻機(jī)械振動(dòng)和靜載滾壓的耦合作用對(duì)加工表面處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料表面質(zhì)量的改善,提高材料的耐磨性能。USRE具有主軸轉(zhuǎn)速、橫向進(jìn)給量、靜壓力、輸出振幅、加工次數(shù)、振動(dòng)頻率等眾多工藝參數(shù),在不同工藝參數(shù)下對(duì)材料加工,對(duì)其表面質(zhì)量的改善必然不盡相同,從而會(huì)影響到材料性能。本文使用豪克能HK30C型系列的超聲滾壓設(shè)備和普通臥式車(chē)床對(duì)調(diào)質(zhì)態(tài)45鋼加工處理,通過(guò)金相制樣設(shè)備、金相顯微鏡、表面粗糙度測(cè)定儀、顯微硬度測(cè)試儀和X射線(xiàn)粉末衍射儀對(duì)USRE試樣進(jìn)行了表面特性的分析。使用MMG-10型高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同靜壓力、輸出振幅和加工次數(shù)的USRE試樣進(jìn)行了磨損試驗(yàn),通過(guò)光學(xué)讀數(shù)分析天平、相關(guān)軟件及掃描電子顯微鏡對(duì)USRE試樣磨損后的重量磨損量、摩擦因數(shù)和表面微觀形貌進(jìn)行了對(duì)比分析,評(píng)定了材料的耐磨性,研究得出了USRE工藝參數(shù)對(duì)調(diào)質(zhì)態(tài)45鋼的耐磨性能的影響。本文的主要研究結(jié)果如下:(1)其它工藝參數(shù)一定,橫向進(jìn)給量越小,則材料表面粗糙度越小,表面硬度越大,表層殘余壓應(yīng)力越大。當(dāng)其它工藝參數(shù)一定時(shí),主軸轉(zhuǎn)速與橫向進(jìn)給量具有相似性,不過(guò)對(duì)材料表面硬度的影響不明顯。所以,在實(shí)際加工確保機(jī)床工作精度及加工效率的前提下,盡可能的選擇較低的主軸轉(zhuǎn)速和橫向進(jìn)給量。(2)其它工藝參數(shù)一定,靜壓力為300N時(shí),材料磨損量和摩擦因數(shù)最低,晶粒細(xì)化程度最高、材料耐磨性能呈現(xiàn)最好。靜壓力過(guò)小,改善材料耐磨性能的作用是甚微的。靜壓力過(guò)大,會(huì)降低表面特性,使材料微觀組織變得寬大,從而降低材料的耐磨性。因此,在實(shí)際加工中盡可能使靜壓力保持在300N左右。(3)其它工藝參數(shù)一定,輸出振幅為8μm時(shí),材料磨損量和摩擦因數(shù)最低,晶粒細(xì)化程度最高、材料耐磨性能呈現(xiàn)最好。輸出振幅對(duì)材料表面粗糙度和表面硬度的影響呈線(xiàn)性關(guān)系,而對(duì)殘余應(yīng)力的影響卻不明顯。因此,在實(shí)際加工中盡可能使輸出振幅為8μm。(4)加工次數(shù)與輸出振幅對(duì)材料耐磨性的影響是相似的。加工6次的材料,其磨損量和摩擦因數(shù)、晶粒細(xì)化程度最高,耐磨性能呈現(xiàn)最好。因此,在實(shí)際加工中盡可能加工6次,在提高工作效率時(shí),可以適當(dāng)降低加工次數(shù),但最好不要少于3次。
【圖文】：

兩者結(jié)合為后文進(jìn)一步的研究奠定了工作原理工業(yè)中可以大幅度提高產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命化是通過(guò)滾壓或噴丸使材料表面產(chǎn)生巨大的彈塑0.5～1.5mm 的硬化層，從而提高金屬材料表面硬度響主要體現(xiàn)為兩種：一種是微觀組織上，可使晶持續(xù)，晶粒位錯(cuò)密度不斷增強(qiáng)，晶粒細(xì)化不斷加為例，材料表面受到機(jī)械加工的切向力，使其表加，，在材料表層不同深度下發(fā)生的形變不同，從壓應(yīng)力的存在可以防止疲勞裂紋的萌發(fā)和擴(kuò)展，而減少了受力表面的工作載荷。此外，表面形變，以及消除切削加工刀痕。

第二章 超聲表面滾壓加工原理及裝置具頭沿工件表面法線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng)，從而將靜壓力和超聲沖擊振動(dòng)作用到旋轉(zhuǎn)的表面，工作能量有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為材料的內(nèi)能，從而使材料表面發(fā)生劇烈的彈。當(dāng)加工載荷卸載后，由于金屬材料固有的彈性恢復(fù)能力，在與塑性變形耦塑性流動(dòng)使得表面“波峰”被壓平，“波谷”被填充，顯著改善表面形貌，大幅度面粗糙度 Ra 甚至達(dá)到納米水平，其加工效果可如圖 2-2所示。
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG663

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本文編號(hào)：2640082