Page 223 - 《应用声学》2023年第2期

第 42 卷 第 2 期 吴豪琼等： 纵 -扭谐振超声滚压系统设计与试验 411

130 130
126 127
125 ᡔܦ
122 123
118 ᡔܦ 120 119
114 115 115 ᡔܦ
Hv 110 Hv Hv 111
106 ࣢᜻ 110
102 105 ࣢᜻ 107 ࣢᜻
98 103
100
94 99
90 95 95
5 15 25 35 45 55 50 150 250 350 7 9 11 13 15
F/N n/(rSmin -1 ) f/(mmSr -1 )
(a) ԍҧ (b) ᣁᤴ (c) ᤉፌ᧚

图 12 工艺参数对表面显微硬度的影响规律
Fig. 12 The influence of process parameters on surface microhardness

表 4 各因素的极差值 2.3 响应面法分析工艺参数对硬度的影响规律
Table 4 The range of each factor 使用二次回归的曲面响应数学模型：
m m
∑ ∑
F n f y = a + c j x k + c jk x j x k
122.775 125.1 121.075 j=1 j6k
K 1
∑ 2
K 2 117.475 120.275 127.125 + c jj x + ξ, (1)
j
超声深滚
124.55 118.675 122.25
K 3
式 (1) 中：a 为常数项；c j 为 x j 的线性效应；c jk 为 x j
K 4 122.875 123.625 117.225
和x k 的交互效应；c jj 为x j 的二次效应。
极差 7.075 6.425 9.9
由式(1)可得到三因素的二次响应面模型：
影响主次 f > F > n
F n f y = a + c 1 x 1 + c 2 x 2 + c 3 x 3
K 1 102.925 98.975 108.625
+ c 12 x 1 x 2 + c 13 x 1 x 3 + c 23 x 2 x 3
K 2 98.725 107.925 99.875 2 2 2
普通深滚 + c 11 x + c 22 x + c 33 x . (2)
1
3
2
100.5 113.1875 99.4
K 3
K 4 106.5 100.825 100.8 以超声加工试件表面显微硬度值为因变量，静
极差 4.2 14.2125 9.225 压力 F、转速 n 和进给量 f 为自变量，使用最小二乘
影响主次 n > f > F 法对表 3 的试验结果进行拟合，估计相应变量的系
数，剔除不显著指标，得到超声加工试件表面显微硬
在本试验加工参数范围内超声滚压加工时，表
度拟合响应面方程为
面显微硬度值随着静压力增大整体呈现局部变化
整体增大的趋势，原因是随静压力增大，滚轮与工件 Hv = 62.4567 + 0.01584F + 0.0002n 2
2
表面之间的压力和冲击加剧，使表层的晶粒细化导 2
− 0.799f − 0.8456F
致硬化效果更好；表面显微硬度值随试件转速增大
− 0.125n + 16.5011f. (3)
呈现局部变化整体减小的趋势，是因为低转速可以
保证试件在圆周方向上被均匀挤压使表面显微硬 根据式 (3) 的超声加工试件表面显微硬度模型
度高，高转速导致试件表面被冲击加工的频率减小， 进行拟合转速和静压力、转速和进给量的交互响应
工件表面显微硬度变小；表面显微硬度值随进给量 面，分析交互作用与超声试件表面显微硬度的关系。
的增大呈现先增大后减小的趋势，是因为进给量过 图13 为进给量 f = 0.10 mm/r 时，转速和静压
小容易引起过渡冲击使显微硬度小，随着进给量的 力对显微硬度的响应面。当进给量和静压力不变
增大滚压和冲击更加均匀显微硬度变大，但进给量 时，随着转速的增大，表面显微硬度值呈现减小的趋
过大会导致局部区域未加工的情况出现，从而导致 势，造成这种现象的原因可能是随着工件转速的增
表层显微硬度变小。 加，在工具头滚轮撞击次数不变的情况下，撞击点的