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纵-扭复合振动超声深滚加工表面形貌研究
纵-扭复合振动超声深滚加工表面形貌研究
摘要：
超声深滚加工作为一种表面加工技术，广泛应用于航空、汽车、模具等领域。纵-扭复合振动超声深滚加工技术是近年来发展起来的一种新型加工方法，它可以提高表面质量和机械性能。本研究通过实验和理论分析，研究了纵-扭复合振动超声深滚加工的表面形貌和加工参数的影响规律，并提出了优化的加工参数。
关键词：超声深滚加工；纵-扭复合振动；表面形貌；加工参数；优化
1.引言
超声深滚加工是一种以表面塑性变形去除表面缺陷、提高表面质量的精密加工技术。它采用带有滚轮的超声波振动器在工件表面上进行摩擦滚动，使工件表面发生塑性变形，消除表面缺陷。在航空、汽车、模具等领域都有广泛的应用。
纵-扭复合振动超声深滚加工技术是在传统的超声深滚加工技术的基础上发展起来的一种新型加工方法。它在超声波的纵向振动基础上，加入了扭转振动，增大了工件表面的塑性变形，从而进一步提高了表面质量和机械性能。本研究以纵-扭复合振动超声深滚加工技术为研究对象，分析了其加工表面形貌和加工参数的影响规律，研究了如何优化加工参数，以获得更好的加工效果。
2.实验方法
2.1实验设备
图1所示是本实验采用的实验装置。主要由超声波振动器、工件和滚轮组成。超声波振动器由振动源和换能器两部分组成，换能器通过螺栓安装在振动源上。换能器的频率为20kHz，振动幅度可调节，最大振幅为30μm。工件采用Q235B钢板，尺寸为100mm×50mm×5mm。滚轮材料为硬质合金，直径为10mm，滚筒角度为15°。
2.2实验步骤
（1）确定实验参数
本实验中，主要参数包括纵向振动幅度、扭转振动幅度、滚轮压力和滚轮转速。其中，纵向振动幅度为20μm，扭转振动幅度为0.5μm，滚轮压力为5N，滚轮转速为100r/min。
（2）实验加工
将工件夹紧固定在试验台上，设置好实验参数，启动加工装置，开始加工。在加工过程中，观察工件表面的形貌变化，记录加工时间。
（3）表面形貌测量
采用激光三维扫描仪对加工后的工件表面进行形貌测量，得到表面高度数据。利用MATLAB对高度数据进行处理，得到表面形貌图。
3.实验结果与分析
本实验中，采用纵-扭复合振动超声深滚加工技术对Q235B钢板进行加工，并对加工后的表面形貌进行测量和分析。通过实验和理论分析，得到了以下几个结果：
（1）纵-扭复合振动可以显著改善工件表面的塑性变形，提高表面质量。
纵-扭复合振动是在传统的纵向振动基础上加入扭转振动，使滚轮和工件发生相对扭转。这种复合振动可以使工件表面塑性变形更加充分，从而提高表面质量。实验结果表明，经过纵-扭复合振动加工后的工件表面粗糙度明显降低，表面平整度和表面硬度均得到了有效提高。
（2）纵向振动幅度和扭转振动幅度对表面形貌的影响较大。
纵向振动幅度是纵-扭复合振动的核心参数，它直接影响工件表面的塑性变形。实验结果表明，当纵向振动幅度为20μm时，表面形貌最佳。超过或不足这个值，都会使表面质量下降。扭转振动幅度也会影响工件表面的形貌。实验结果表明，当扭转振动幅度为0.5μm时，表面形貌最佳。
（3）滚轮压力和滚轮转速对表面形貌的影响不明显。
滚轮压力和滚轮转速都是影响纵-扭复合振动超声深滚加工的重要参数，它们直接影响工件表面的塑性变形。但是，本实验结果表明，它们对表面形貌的影响不如纵向振动幅度和扭转振动幅度重要。在一定范围内，滚轮压力和滚轮转速的变化对表面形貌的影响可以忽略不计。
4.优化加工参数
通过以上分析，得到了优化的加工参数：纵向振动幅度为20μm，扭转振动幅度为0.5μm，滚轮压力为5N，滚轮转速为100r/min。采用这些参数进行加工，可以获得最佳的加工效果。
5.结论
本研究采用纵-扭复合振动超声深滚加工技术对Q235B钢板进行加工，研究了纵-扭复合振动超声深滚加工的表面形貌和加工参数的影响规律。实验结果表明，纵-扭复合振动可以显著改善工件表面的塑性变形，提高表面质量；纵向振动幅度和扭转振动幅度对表面形貌的影响较大；滚轮压力和滚轮转速对表面形貌的影响不明显。通过优化加工参数，可以获得最佳的加工效果。纵-扭复合振动超声深滚加工技术具有广泛的应用前景。