超聲振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)對(duì)效果的影響及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)冷熱加工的金屬構(gòu)件中很容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在會(huì)導(dǎo)致工件結(jié)構(gòu)形狀處于不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至?xí)构ぜ_(kāi)裂或變形。消除工件的殘余應(yīng)力主要有三種方法，分別是自然時(shí)效、熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效。振動(dòng)時(shí)效以其低能耗、低成本、效率高等優(yōu)點(diǎn)，正迅速取代傳統(tǒng)的自然時(shí)效和熱時(shí)效。
　　 目前國(guó)內(nèi)外振動(dòng)時(shí)效研究主要集中在傳統(tǒng)的低頻振動(dòng)時(shí)效，激振頻率一般低于200Hz，主要應(yīng)用于大型的構(gòu)件，而一些小型結(jié)構(gòu)件的一階共振頻率（固有頻率）就

2、已超出低頻激振器的頻率范圍，因此無(wú)法用低頻振動(dòng)進(jìn)行時(shí)效處理。超聲振動(dòng)時(shí)效的激振頻率可達(dá)15KHz以上，適用于固有頻率較高小型零件的振動(dòng)時(shí)效處理。超聲振動(dòng)時(shí)效的振幅小，處理后的構(gòu)件不易產(chǎn)生疲勞損傷，尺寸穩(wěn)定性也更好。但目前對(duì)超聲振動(dòng)時(shí)效的研究還處于初級(jí)階段，其消除應(yīng)力的機(jī)理尚無(wú)定論，工藝參數(shù)的選擇還沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
　　 本文根據(jù)超聲振動(dòng)時(shí)效消除金屬殘余應(yīng)力的原理，系統(tǒng)地分析了小型結(jié)構(gòu)件超聲振動(dòng)時(shí)效處理時(shí)工藝參數(shù)選擇的要求，并通過(guò)實(shí)

3、驗(yàn)對(duì)時(shí)效效果進(jìn)行研究，證明超聲振動(dòng)時(shí)效對(duì)消除小型工件殘余應(yīng)力效果明顯，振動(dòng)時(shí)效的效率也比較高。為以后超聲振動(dòng)時(shí)效的理論及實(shí)驗(yàn)研究與推廣起到參考作用。本文主要進(jìn)行了以下研究:
　　 (1)超聲振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇
　　 在超聲波振動(dòng)時(shí)效的實(shí)際應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)中，影響該工藝的參數(shù)很多，其中重要的參數(shù)有:激振振幅，激振頻率、激振時(shí)間和激振節(jié)點(diǎn)的控制等。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:超聲振動(dòng)時(shí)效隨著處理時(shí)間的增加，在一段時(shí)間內(nèi)，消除的殘余應(yīng)力也再

4、增加，但是，超聲振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)提供的最大激振振幅是一定的，即最大激振應(yīng)力一定，當(dāng)最大激振應(yīng)力與殘余應(yīng)力的疊加不能達(dá)到材料的屈服極限時(shí)，即使增加激振時(shí)間也不能消除殘余應(yīng)力。
　　 (2)彈塑性橫向彎曲理論研究
　　 本課題首次把彈塑性橫向彎曲理論應(yīng)用在超聲振動(dòng)時(shí)效的理論研究中，利用彈塑性橫向彎曲理論對(duì)桿件中殘余應(yīng)力的計(jì)算，可為超聲振動(dòng)時(shí)效實(shí)驗(yàn)中選擇超聲波發(fā)生器和超聲波換能器，設(shè)計(jì)超聲波變幅桿等提供數(shù)值依據(jù)，而對(duì)超聲激振應(yīng)力的

5、計(jì)算可以確定超聲振動(dòng)時(shí)效實(shí)驗(yàn)中對(duì)桿件施加的集中載荷的范圍。為以后的超聲振動(dòng)時(shí)效的理論和實(shí)驗(yàn)研究，提供了一定的指導(dǎo)作用。
　　 (3)測(cè)量殘余應(yīng)力新方法的探索
　　 本課題結(jié)合彈塑性橫向彎曲理論首次提出了運(yùn)用殘余曲率計(jì)算殘余應(yīng)力的新方法。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中利用壓力機(jī)在試桿的中間施加集中荷載，使其產(chǎn)生彈塑性變形，以模擬實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中金屬構(gòu)件中殘余應(yīng)力的形成。在實(shí)驗(yàn)分析中，運(yùn)用大型工具顯微鏡測(cè)量壓彎桿件的最大撓度值，然后在超聲波振動(dòng)