[发明专利]一种超声滚压强化参数归一化方法

说明书

本发明提供一种超声滚压参数的归一化方法，包括以下步骤：确定试样的加工区域；在加工参数的工作范围内，分别利用处于不同水平的这四种加工参数来设计多个超声滚压强化实验；建立单位尺寸的加工区域的加工时间的模型；建立超声滚压过程中单位尺寸的加工区域获得的总能量的模型；确定各个超声滚压强化实验对应的总能量G，作为G因子；S5：得到每个超声滚压强化设备在不同G因子下加工的试样各自的硬度、粗糙度和残余应力值；绘制加工的试样的材料的粗糙度－G因子、硬度－G因子以及残余应力－G因子的交互图。本发明能够很好对不同超声滚压设备的加工参数进行参数归一处理，能够有效进行横向加工效果对比。

技术领域

本发明涉及表面强化技术领域，具体涉及一种对超声滚压强化参数归一化方法。

背景技术

表面机械处理是通过在材料表面引入形变，形成表面硬化层和残余应力场等来提高材料疲劳寿命。通过引入残余压应力，能够降低“有效拉伸应力”、提高裂纹扩展门槛值从而提高疲劳强度。同时，超声表面强化技术可以提高机械构件的表层硬度，降低表面粗糙度，改善表层微观组织结构等，因而改善机械构件的疲劳性能和耐磨性，拓宽材料的应用范围。表面机械处理包括很多种，常见的有喷丸、激光冲击强化、超声表面强化等。喷丸强化是利用喷丸介质以较高速度冲击材料表面，使金属产生塑性变形从而提高材料力学性能，然而喷丸往往会增大表面粗糙度，某些情况下可能导致寿命显著降低。激光冲击强化可通过激光与靶材相互作用形成冲击波使得材料表面变形，从而达到表面强化目的，但是其造价高、过程复杂等缺点限制了激光冲击强化的应用。

超声表面强化技术是一种动态强化技术，在加工过程中结合了静压力和超声冲击能量，对金属表面进行强化。超声表面强化技术在利用超声振动产生巨大冲击的同时，也通过钨钢小球在材料表面滚动避免了传统喷丸会产生凹坑的工艺缺陷。超声表面强化装置可以安装在传统的车床、铣床上，也可以安装在先进的数控机械臂上，因此，其应用范围较广。通过调整超声振动频率、振幅等参数可以实现对表面强化效果的控制，可自由调控残余应力大小、硬化程度以及强化层深度，工艺可控性较好。相比于激光冲击强化，超声表面强化设备简单，操作容易，使用维护成本低。由于其诸多优点，表面强化技术在国内外的航空制造及维护行业有着广泛的应用，成为航空飞行器制造规范及手册中规定的必要工艺，目前表面强化技术也逐渐被应用于叶片制造中。

超声表面强化设备由超声发生器、换能器、变幅杆及加工小头为主要构成，超声发生器发出高频超声正弦电信号，换能器通过其中的压电陶瓷片将该高频超声正弦电信号转换为位移信号(具体来说，压电陶瓷会因为电流信号而发生变形，将电信号转换成与电信号同频的位移信号)，变幅杆放大位移信号传递到加工小头处进行加工。超声表面强化设备发展至今，超声变幅杆和加工小头有了多种形式，超声频率和超声振幅也大不相同。因此，采用不同超声表面强化设备，即使使用同一加工参数即加工间隔、进给速度、下压力和滚压遍数，加工效果也大为不同，无法保证相同参数下加工效果相同的弊端限制了这项工艺的优化发展，阻碍超声滚压强化工艺参数实验的数据积累。

基于此，本发明提出一种参数归一化方法，旨在对不同类型的超声强化设备参数进行归一处理，通过引入G因子将不同加工参数进行定量描述，从而实现不同设备加工效果间的横向对比。

发明内容

针对上述方法中的不足，本发明提供一种参数归一化方法，能够将不同加工参数进行归一处理，从而使得不同超声滚压设备加工效果间的横向对比。

为了实现上述目的，本发明提供一种超声滚压强化参数归一化方法，其包括以下步骤：

S0：确定试样的加工区域；

S1：在各个超声滚压强化设备的静压力F、滚压间距d、进给速度v 以及滚压遍数n这四种加工参数的工作范围内，分别利用处于不同水平的这四种加工参数来设计多个超声滚压强化实验；

S2：建立单位尺寸的加工区域的加工时间t的模型；