常用的機械表面強化方法有噴丸、超聲沖擊、水射流、表面滾壓等,超聲強化是目前應用最多的一種強化方法,已被廣泛應用在各個領域。超聲強化技術最早是由蘇聯專家提出的,用于提高焊接件的疲勞壽命。從最早的超聲沖擊,已發展出超聲噴丸、超聲振動擠壓、超聲滾壓、超聲振動輔助電火花加工等方法。其中超聲滾壓又包含超聲表面滾壓(ultrasonic surface rolling processing,USRP)、超聲深冷滾壓、超聲深滾等技術。浙江至德鋼業有限公司通過超聲滾壓技術對奧氏體不銹鋼進行表面處理,研究其表面性能的變化。
超聲(sheng)滾壓(ya)強(qiang)化示(shi)意圖如圖7-1所示(shi)。其裝置主要(yao)包括(kuo)超聲(sheng)發生器、換(huan)能器、變幅(fu)桿和(he)工具頭。加工原(yuan)理是:換(huan)能器將電信號(hao)轉化為機(ji)械振動輸(shu)出,機(ji)械能通過(guo)變幅(fu)桿放大后(hou)施(shi)加在(zai)滾頭上,滾壓(ya)頭給材料表面(mian)施(shi)加一定的(de)(de)靜壓(ya)力和(he)超聲(sheng)振動,在(zai)靜態擠(ji)壓(ya)和(he)動態沖(chong)擊下,材料發生嚴重的(de)(de)塑(su)性變形(xing)。
金屬材(cai)(cai)料(liao)在(zai)擠壓和(he)沖擊(ji)作(zuo)用下,一(yi)方(fang)面,晶粒破碎,晶粒尺(chi)寸減小,甚至尺(chi)寸可(ke)以達到納(na)米(mi)級,使材(cai)(cai)料(liao)表面形成(cheng)梯度(du)納(na)米(mi)結構層;另(ling)一(yi)方(fang)面,表面材(cai)(cai)料(liao)的(de)塑性(xing)(xing)流動(dong),起(qi)到“削峰填谷(gu)”的(de)作(zuo)用,提高了表面光潔度(du)和(he)硬(ying)度(du),并產生了參與壓應(ying)力。材(cai)(cai)料(liao)表面性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)變化,對(dui)于改善疲(pi)勞、磨損、腐蝕等(deng)都是有益的(de)。同時,材(cai)(cai)料(liao)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)改善程度(du)受(shou)加工(gong)工(gong)藝的(de)影(ying)響比較(jiao)大,包括主軸轉速、進給量、靜壓強等(deng)參數(shu),滾壓次數(shu)也是影(ying)響強化性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)另(ling)一(yi)因素。