椭圆超声振动球挤压技术对比研究

admin · 发表于 2025-1-25 15:22:05

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本文针对航空工业的生产需求，在当前挤压工艺的基础上提出了椭圆超声振动球挤压这种新工艺，并将其与普通球挤压、普通滚挤压、径向超声振动球挤压和径向超声振动滚挤压四种挤压工艺就其挤压加工过程、表面形成机理、加工后表面质量和挤压头使用寿命等方面进行了对比分析。首先，本文根据实际生产的需要，研制了基于双激励纵弯椭圆超声振动挤压换能器的机床附件式超声振动挤压加工系统。该系统结构简单灵活，使用方便，通用性很强，能通过更换不同形式的换能器来实现多种挤压加工，该系统中的弹性装置也能根据具体的加工要求进行更换。另外，因为在该系统中加装了小型测力传感器和相应的记录和显示装置，所以采用该装置进行挤压加工时，能够实时监控加工中静压力的大小，便于掌握和监控挤压加工状态，提高了系统的可靠性和可操作性。该系统可以对多种材料的外圆面进行挤压加工。其次，本文对椭圆超声振动球挤压等五种挤压工艺的表面形成机理进行了系统的对比分析，建立了各种挤压工艺的挤压模型，阐述了构成各种挤压工艺微观表面的残留面积高度和振纹高度的形成机理以及对二者的影响因素。通过对铝合金试件进行的各种参数下的各种挤压方式的挤压实验和实验结果的对比分析可知：进给方向上的残留面积高度受挤压头的形状、参数，挤压时的进给量和挤压加工中静压力大小的影响；对于径向超声振动球挤压和椭圆超声振动球挤压两种工艺，主运动方向上的振纹高度受振动频率、振幅，工件运动速度、挤压头半径大小、挤压头原始表面上和加工中因粘附工件材料或因挤压头磨损而新形成的微凸体的高度和表面圆弧半径的影响，而对于径向超声振动滚挤压工艺，主运动方向振纹还受静压力大小的影响。另外，本文对五种挤压工艺对工件表面粗糙度、表面显微硬度和表面残余应力等方面的影响进行了对比实验分析。振动挤压工艺能增加工件表层金属的塑性变形量，还能在加工过程中抑制积屑瘤的产生，与普通挤压工艺相比，能得到更小的表面粗糙度和更大的表面硬度和表面残余压应力。径向超声振动滚挤压工艺的加工状态会随加工中静压力大小的变化而变化，在静压力较小时，挤压头做低频振动；在静压力较大时，挤压头能够传递超声频冲击。椭圆超声振动球挤压工艺因能减少加工中挤压头与工件间的滑动摩擦，减小挤压头所受的切向力，所以加工中超声振动和加工过程都能变得更稳定，能得到更小的表面粗糙度。椭圆超声振动球挤压工艺与另外四种挤压工艺相比，能在较小的静压力作用下得到较好的表面质量。最后，本文还对三种球挤压工艺挤压头的磨损进行了对比分析，对于两种振动球挤压工艺，在适当的加工条件下，挤压头能够与加工表面分离，冷却液能够进入到接触区，起到一定的冷却和润滑作用，这样就避免了挤压头因加工温度过高而导致的粘结和扩散等磨损。椭圆超声振动球挤压工艺因还能减少挤压头在与工件接触时的滑动摩擦而大幅提高挤压头的使用寿命。挤压头磨损对比实验和加工中挤压头所受切向力对比实验都说明椭圆超声振动球挤压工艺确实能减少挤压头与加工表面间的滑动摩擦。

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