Page 224 - 《应用声学》2023年第2期

412 2023 年 3 月

距离会增加，从而引起加工硬化程度逐渐减弱，导致 2.4 最优工艺参数的确定
显微硬度值减小；当进给量和转速不变时，随着压力 式(3)的稳定点：工具头预压力F = 27 N，车床
的增加，工件材料的表层塑性变形出现硬化效应，所 转速n = 313 r/min，进给速度f = 0.103 mm/r。对
以表面显微硬度呈现上升趋势，如果超出本试验选 方程稳定点进行分析，从图 12∼14 中可以看出，工
定的预压力范围一定量后，工件表面可能会应为压 具头预压力 F = 27 N，车床转速 n = 313 r/s 为极
力过大出现振纹和刮花现象。 小值点，进给速度 f = 0.103 mm/r 为极大值点，利
图 14 为静压力 F = 36 N 时，进给量和转速对 用西尔维斯特不等式对稳定点进行极值判别，稳定
表面显微硬度的响应面。在静压力和转速不变的情 点为鞍点不能判断方程极值，需对极值点作进一步
况下，表面显微硬度值随着进给量的增大而减小，进 判定，根据判定最终确定超声滚压表面显微硬度值
给量增大会导致滚压不充分甚至出现局部区域未 最优的加工工艺参数为：预压力 F = 48 N，车床转
加工的情况，导致表层显微硬度变小；在静压力和进 速n = 96 r/min，进给速度f = 0.103 mm/r。
给量不变的情况下，随着转速的增大，表面硬度呈现
3 纵-扭谐振滚压加工表面微观形貌分析
减小的趋势，原因同上。
为分析纵 -扭谐振超声滚压对铝棒表面形貌的

影响规律，参考最优工艺参数选定试验参数，进
行 4 组加工试验，试验参数分别为 a 组：F = 48 N，
n = 96 r/min，f = 0.03 mm/r；b 组：F = 48 N，
130
n = 96 r/min，f = 0.12 mm/r；c 组：F = 48 N，
125
Hz n = 250 r/min，f = 0.12 m；d 组：F = 64 N，
120 n = 250 r/min，f = 0.12 mm/r。分别使用三丰Mi-
tutoyo 工 具 显 微 镜 (图 15(a)) 和 TalysurfCC16000
115
400 白光干涉仪 (图 15(b)) 对试件表面的二维、三维
300
40
200 30 微观形貌及粗糙度进行检测， 结果如图 17∼20
n/(rSmin -1 ) 20
100 10 F/N 所 示。 其 中 图 16 为 普 通 车 削 (n = 610 r/min，
f = 0.18 mm/r) 的表面形貌，材料表面存在明
图 13 转速和静压力对硬度的响应面
显的取向一致的加工刀痕。
Fig. 13 Response surface of rotating and pressure
3.1 表面微观形貌

从图 17∼20 中可以看出两种形式的滚压相比
125 图 16 普通车削铝合金试件的表面形貌发生了明显
的改善，表面更加细密光滑，可能是因为在滚压使表
120 层产生一定深度的剧烈塑性变形，表层晶粒变形严
Hz 重、被挤压拉长，从而形貌得到了改善。
115
对比图 17 和图 18、图 19 和图 20 的试件表面形
貌，可以发现常规滚压明显存在方向一致的滚痕，超
110
400 声加工却因为有纵振和扭振的存在，表面只有轻微
300
14 的滚痕，这是因为纵振可使表层发生塑性流动，而塑
200 12
10 -1 ) 性流动可将工件表面微观波峰压平并填入波谷，扭
100 8 f/(0.01 mmSr
n/(rSmin -1 )
振使工具头反复挤压试件表面，起到了抛光的作用，
图 14 转速和进给量对硬度的响应面 而且纵-扭超声滚压没有材料去除过程，而且摩擦力
Fig. 14 Response surface of speed and feed rate 非常低不会造成材料表面划伤。