李進(jìn)一, 凌 祥, 周建新
(南京工業(yè)大學(xué)機械與動力工程學(xué)院,南京 210009)
超聲沖擊處理(Ultrasonic Impact Treatment,UIT)是當(dāng)前廣泛采用的一種表面處理方法。該方法利用超聲波振動驅(qū)動沖擊針高速撞擊金屬表面,使金屬表面產(chǎn)生塑性變形和殘余壓應(yīng)力,從而提高金屬零件的強度、耐腐蝕性、疲勞壽命等多種力學(xué)性能[1,2]。
超聲沖擊處理與傳統(tǒng)噴丸方法(玻璃噴丸、鑄鋼噴丸)具有相同的強化原理,但超聲沖擊處理執(zhí)行機構(gòu)輕巧、使用靈活方便、噪聲小、效率高、成本低且節(jié)能。目前,國內(nèi)外對超聲沖擊機理的研究主要集中在超聲沖擊處理后,疲勞性能改變上。很多學(xué)者都側(cè)重于從具體疲勞試驗入手,通過分析疲勞試驗的數(shù)據(jù)來揭示材料的疲勞行為[3~5]。對于同屬于沖擊處理的噴丸法,國內(nèi)外有大量數(shù)值模擬方面的相關(guān)研究[6~13],但是對于超聲沖擊處理,利用數(shù)值分析的方法對超聲沖擊處理的過程進(jìn)行模擬研究的報道則很少。
本工作應(yīng)用大型有限元軟件ABAQUS模擬304不銹鋼經(jīng)超聲沖擊后殘余應(yīng)力場的分布,分析了沖擊速度、針頭直徑、沖擊時間及摩擦力對超聲沖擊殘余應(yīng)力場的影響,并研究不同覆蓋率對殘余應(yīng)力場分布的影響,為理解超聲沖擊強化機理,優(yōu)化工藝參數(shù)提供一定的依據(jù)。
超聲沖擊強化過程是多個沖擊針頭反復(fù)撞擊工件表面的過程,在針頭沖擊作用下,工件表層產(chǎn)生不均勻的彈塑性變形,其結(jié)果除在表面留下凹坑外,主要是形成表層殘余壓應(yīng)力場,以提高工件疲勞壽命。……