超聲振動時效工藝參數(shù)對效果的影響及實驗研究.pdf

1、在實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)過冷熱加工的金屬構(gòu)件中很容易產(chǎn)生殘余應力。殘余應力的存在會導致工件結(jié)構(gòu)形狀處于不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至會使工件開裂或變形。消除工件的殘余應力主要有三種方法，分別是自然時效、熱時效和振動時效。振動時效以其低能耗、低成本、效率高等優(yōu)點，正迅速取代傳統(tǒng)的自然時效和熱時效。
　　 目前國內(nèi)外振動時效研究主要集中在傳統(tǒng)的低頻振動時效，激振頻率一般低于200Hz，主要應用于大型的構(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，因此無法用低頻振動進行時效處理。超聲振動時效的激振頻率可達15KHz以上，適用于固有頻率較高小型零件的振動時效處理。超聲振動時效的振幅小，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。但目前對超聲振動時效的研究還處于初級階段，其消除應力的機理尚無定論，工藝參數(shù)的選擇還沒有統(tǒng)一標準。
　　 本文根據(jù)超聲振動時效消除金屬殘余應力的原理，系統(tǒng)地分析了小型結(jié)構(gòu)件超聲振動時效處理時工藝參數(shù)選擇的要求，并通過實

3、驗對時效效果進行研究，證明超聲振動時效對消除小型工件殘余應力效果明顯，振動時效的效率也比較高。為以后超聲振動時效的理論及實驗研究與推廣起到參考作用。本文主要進行了以下研究:
　　 (1)超聲振動時效工藝參數(shù)選擇
　　 在超聲波振動時效的實際應用和實驗中，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、激振時間和激振節(jié)點的控制等。實驗研究結(jié)果表明:超聲振動時效隨著處理時間的增加，在一段時間內(nèi)，消除的殘余應力也再

4、增加，但是，超聲振動時效系統(tǒng)提供的最大激振振幅是一定的，即最大激振應力一定，當最大激振應力與殘余應力的疊加不能達到材料的屈服極限時，即使增加激振時間也不能消除殘余應力。
　　 (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用在超聲振動時效的理論研究中，利用彈塑性橫向彎曲理論對桿件中殘余應力的計算，可為超聲振動時效實驗中選擇超聲波發(fā)生器和超聲波換能器，設計超聲波變幅桿等提供數(shù)值依據(jù)，而對超聲激振應力的

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