超声振动时效的机理及实验研究.pdf

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1、第36卷第2期中国农机化学报V01．36No．22015年3月JournalofChineseAgriculturalMechanizationMar．2015DOI：10．137330deam．issn．2095-5553．2015．02．016超声振动时效的机理及实验研究木王壬炎．王时英(太原理工大学机械工程学院，太原市，030024)摘要：随着小型精密零件的广泛应用，消除小型零件的残余应力成为一个重要研究课题。本文提出了采用超声振动对小型零件时效处理。讨论了超声振动时效技术消除残余应力的机理。提出在时效过程中激振应力与工件残余应力之和大

2、于材料疲劳极限时，即可对残余应力有消除作用。建立了圆截面杆件的残余应力计算模型。试验研究了激振应力和激振时间对消除构件残余应力效果的影响。结果表明，最佳激振时间为10min～15min，工件内残余应力消除率随着振幅的增大而增加。关键词：超声振动时效；激振应力；激振时间；残余应力中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：2095—5553(2015102—0059—04王壬炎，王时英．超声振动时效的机理及实验研究叫．中国农机化学报，2015，36(2)：59～62WangRenyan，WangShiying．Mechanismanalysis

3、andexperimentalresearch0ftheultrasonicvibrationaging嘲．JournalofChineseAculturalMechanization，2015，36(2)：59-62应力之和大于材料的屈服极限．从而在残余应力集0引言中的部位发生微塑性变形．产生残余应力的均布和目前国内外对振动时效的研究主要集中在传统低释放B3】。当材料达到屈服极限时．所有晶粒都会发频振动时效．在超声振动时效方面还研究较少对于生滑移．然而振动时效只需使残余应力集中部位发生一些小型的结构件和高刚度零件而言．其固有频率一一定的塑性

4、变形．所以超声振动时效激振力的选择般很高．当构件的一阶共振频率超出低频振动时效装以屈服极限作为依据是不恰当的置的频率范围时．激振力就达不到最佳动应力值。就残余应力很大程度上是因为位错引起的晶格畸变不能对工件进行有效的时效处理超声振动时效的振的存在消除残余应力的本质是给金属晶粒以足够的动频率都在16kHz以上．可以对固有频率高的工件进能量。使其迅速回到平衡位置．从而减少位错和晶格行时效处理。超声振动为微幅振动，超声时效处理后畸变。当金属晶体中存在位错时．则晶体中滑移面的构件宏观变形量非常小．不易导致构件产生疲劳损势能曲线会发生变化．使位错中心附

5、近的势能曲线压伤。抗变形能力也高于热时效处理【一。特别地，当激低问，从而位错运动变得更容易。正是由于位错的易振频率超过20kHz时。可实现绿色、无污染、无激振动性，使得晶体的塑性变形所需的临界切应力会低于噪声、高效振动时效ll】。理想的完整晶体刚性滑移时所需的临界切应力所以本文利用自行研制的超声时效备对工件进行时效位错的滑移会首先产生在位错集中区．也就是应力比处理通过软件仿真计算出不同放大比变幅杆输出的较集中的地方激振位移对超声激振应力和工件内残余应力进行了材料的疲劳极限是形成滑移带的临界应力超计算对比分析了超声时效前后工件内的残余应力的声振

6、动时效的振动频率较高．对应的循环次数很多变化情况．表明超声时效技术在减小工件残余应力方如振动频率为20kHz的超声装置．振动10次只需面的作用．同时通过实验研究了激振应力和激振时间8．3min。超声振动时效相当于对工件施以循环应力．对消除构件残余应力效果的影响在循环应力较大时，时效处理将会影响工件的疲劳寿命，导致工件内部产生裂纹。但当循环应力低于疲劳1超声振动时效消除材料残余应力的机理极限时，经过多次循环后也只在个别晶粒中出现了滑振动时效机理往往认为是激振应力与工件的残余移线，并且已出现的滑移线也不会继续发展如果收稿日期：2014年1月10日

7、修回日期：2014年2月19日}基金项目：山西省工业科技攻关计划项目(20080321048)第一作者：王壬炎，男，1988~IZ,'4：，山东I临沂人，硕士研究生；研究方向为超声波振动时效。E-mail：wryan163@163．corn通讯作者：王时英，男，l964年生，山西运城人，博士，硕导，教授；研究方向为特种加工。E-mail：wsyabcde@163．eom第2期王壬炎等：超声振动时效的机理及实验研究当式3中x=0、y=r时，杆件中存在最大应力。若4超声振动时效试验研究分别等于、时，可求出砖分别为0MPa、248．4MPa。当施加

8、压力为850N时，计算or砖=177．6MPa。当4．1超声振动时效装置施加压力为900N时。计算o'~=218．4MPa。超声波振动时效装置包括：超声波发生器、超