摘要：超声滚压(ultrasonic surface rolling,USR)技术结合高能冲击和静载滚压的特点,处理后工件具有表面光洁度高、变形层深、残余压应力大和晶粒细化明显等优势;可通过适当的工艺参数设计,极大提高金属材料的疲劳强度,因而在制造业得到了广泛应用。自该技术应用至今,国内外学者做了大量有关USR工艺及性能方面的研究,并在多种重要金属材料及关键零部件中应用。截至目前,关于USR工艺参数对材料表面完整性和疲劳性能的研究,比较零散,缺乏系统总结。研究首先简要介绍了USR的工作原理和可控性;然后总结了不同USR工艺参数诱导的残余应力和微观组织,以及残余应力在疲劳加载过程中的释放规律;分析了不同工艺USR诱导的表面完整性对疲劳性能的影响及其潜在机理;阐述了与USR相关的复合强化方法的最新进展,并展望了USR金属材料的应用前景。

摘要：通过超声滚压对压气机叶片进行强化可以延长叶片的工作寿命,但由于叶片根部结构受限,常规的超声滚压设备难以对根部受限空间进行加工。为使得超声滚压设备能够更好地适应此类空间,在改进了超声滚压刀头结构后,将刀头尺寸的影响加入到变幅杆尺寸的优化设计考虑因素中,借助Abaqus与Matlab软件的联合仿真,获得了在安装刀头时具有稳定纵振频率与放大系数的变幅杆尺寸,并完善了超声滚压设备的整体设计。通过加工平板试样件分析了该设备在不同加工参数下对表面完整性的影响,基于此筛选出最优加工参数并在弯曲疲劳振动试样件上进行疲劳性能实验,加工后的试样件疲劳寿命有所提升。在叶片类结构件根部受限空间进行了加工实验,加工后试样件的表面完整性有明显提升。对受限空间的成功强化证明了该轮式刀头超声滚压设备可以应用于如压气机叶片根部等具有狭窄受限空间的零件,并有望进一步提升一些具有复杂特征结构零/部件的表面完整性与疲劳寿命。

摘要：在对铝合金6061进行平面超声滚压加工的基础上，设计了基于进给方向和主轴旋转方向、静压力、滚压次数的试验，分别从硬度、表面粗糙度、表面形貌和残余应力4个方面开展了不同的加工工艺和加工参数对铝合金6061表面性能的影响研究。结果表明：进给方向和主轴旋转方向对硬度的影响随着方向的改变呈现增加的趋势，材料表面硬度随着静压力的增加而增加，随着滚压次数的增加先增大后减小；与相同方向和上下方向进给滚压相比，从4个方向进给滚压可以获得较小的表面粗糙度值（0.554μm），不同主轴旋转方向粗糙度低于相同旋转方向，表面粗糙度随静压力和滚压次数的增加均呈现先减小后增大的趋势；与未滚压相比，超声滚压后工件的表面形貌轮廓曲线及表面三维形貌得到明显改善；超声滚压处理使工件表面的残余拉应力转变为残余压应力，并且进给方向不同时工件残余应力（-441.5 MPa）大于相同方向进给时的残余应力（-362.6 MPa）；主轴旋转方向不同时工件残余应力（-435.6 MPa）大于相同方向的残余应力（-362.6 MPa）；残余应力随着静压力和滚压次数的增加而增加，过量的滚压次数使材料表面产生疲劳失效，导致残余应力降低。

摘要：为了研究不同工艺对铝合金6061表面粗糙度、表面晶粒度、表面残余应力的影响,考虑了滚压次数、主轴转速、进给速度、静压力4个因素对表面特性的影响,开展了超声滚压加工试验研究。利用白光干涉仪、DM4M光学显微镜、钻孔法等分别对粗糙度、表面晶粒度、表面残余应力进行测量。试验结果表明:超声滚压加工后材料表面粗糙度降低45%~94%,粗糙度随着滚压次数的增加先减小后增大,随主轴转速的增加而增大,随进给速度的增加先平缓地增大后急剧增大,随静压力的增加先趋于平缓后急剧增大。残余应力由拉变为压应力,最大压应力可达到-650 MPa,最大压应力层可达到0.8 mm,随着滚压次数的增多,残余压应力值逐渐增大,随着静压力的增大而增大;表面晶粒度随滚压次数的增大而增大,随静压力的增大而增大,随进给速度的增大而减小,随主轴转速的增大而增大,最大晶粒度为1.466。文中可为铝合金6061表面纳米化研究和制备工艺提供一定的参考。

摘要：为了改善18CrNiMo7-6钢的表面质量,使用自主设计的超声滚压装置对试样进行超声滚压加工。通过单因素试验和响应面法,研究了工艺参数及其交互作用对18CrNiMo7-6钢表面粗糙度、残余应力和磨损率的影响,并对所建立的二阶响应面回归模型进行显著性检验。采用满意度函数法对工艺参数进行多目标优化,得到最佳参数为:静压力269 N、滚压次数4、超声振幅7μm。使用最佳工艺参数进行试验验证,试样的表层塑性变形,晶粒细化程度和耐磨性能得到提高,试验结果的预测误差低于5%,验证了优化结果的可行性。

摘要：以主轴转速、进给速度、静压力和滚压次数为影响因素,设计四因素四水平正交实验和单因素实验,探究不同加工参数对材料表面粗糙度和表面形貌的影响规律。研究结果表明:超声滚压可使材料表面粗糙度最小达到0.186μm;在研究工况下,超声滚压处理后的工件表面对比未滚压工件,粗糙度显著降低,降幅区间为60%~80%,材料表面光滑;随主轴转速的增加,表面粗糙度先增大再减小,随静压力的增加变化较为稳定,随滚压次数的增加先减小后增大,随进给速度的增加先增大后减小。极差分析表明了主轴转速对表面粗糙度影响最大,其次是进给速度和滚压次数,静压力的影响最小,在主轴转速为1000 r/min、进给速度为40 mm/min、静压力为600 N、滚压2次的滚压工况下,材料可以获得最好的滚压表面质量。

摘要：运用两种不同方法设计超声滚压装置中的变幅器,一种采用传统设计法将变幅杆和滚轮分别设计后组装成变幅器;另一种方法是将变幅杆和滚轮整体考虑设计为变幅器。推导出变幅器的频率方程,求出了变幅器设计参数的数值解。通过有限元软件Marc分析,发现传统设计的变幅器中滚轮的设计频率与变幅器的谐振频率误差较大;而整体设计的变幅器的设计频率误差较小。经参数调整后两种变幅器的设计频率都可调至谐振频率20kHz。由于传统方法设计的变幅器未考虑滚轮作为负载对变幅杆的影响,在实际应用未能达到超声系统良好的共振效果;而整体设计变幅器中变幅杆及滚轮尺寸小,对变幅器的谐振频率影响较小,结构紧凑,抗弯刚度好,通过有限元分析验证了变幅器的整体设计理论完全可行,能够达到良好的共振效果。

摘要：为了系统地探究超声滚压工艺对6061铝合金表层特性的影响,设计了三因素三水平正交实验,分析在不同超声滚压加工参数(主轴转速、进给速度以及往复次数)下对工件表面粗糙度、晶粒尺寸以及表面硬度的影响。结果表明:工件的表面粗糙度随着不同加工参数的增加先降低后增大;工件的表面晶粒尺寸随着主轴转速和往复次数的增加先降低后变大,进给速度对其影响较小;工件的表面硬度随着主轴转速和往复次数的增加先增大后减小,随着进给速度先减小后增大。在3个影响因素中,主轴转速对6061铝合金表面晶粒尺寸、表面硬度、表面粗糙度的影响最大,其次为往复次数和进给速度。

摘要：普通滚压结合超声振动的复合加工是表面强化技术研究和应用发展的主要方向。超声振动可以有效减小滚压力和变形,提高强化效果和增大残余压应力。针对轮式结晶器的滚压技术要求,滚压装置的设计采用分离型超声椭圆振动系统,并选用圆锥形变幅杆。设计时,依据滚压轮和变幅杆各自的动力学特点以及联接处的边界条件来建立数学模型,求解设计参数并设计变幅器。经验设计的计算结果与之比较误差较大,主要是滚压轮的谐振频率误差过大。因此,将滚压轮和变幅杆整体设计的方法是有效的。运用有限元分析法进行验证并修正,设计结果与试验结果一致,提高了变幅装置的设计质量。

摘要：为了使用超声滚压装置对圆柱型和板状构件进行全位置处理,免去工人手持滚压枪,达到提高劳动效率,降低劳动成本的目的,设计了一种基于普通车床上的超声滚压装置,该装置能够对夹持在车床上的圆柱型构件自动进行超声滚压处理,并且在板状夹具的辅助作用下,完成对板状构件的全位置处理。并通过实验实例验证了该装置的可行性。实现了在不改变原车床基本结构的情况下,完成超声滚压装置的安装和处理,提高了超声滚压处理的工作效率和普通车床的利用率。