滾壓加工表面強化機理的研究

《滾壓加工表面強化機理的研究》是依託華南理工大學，由夏偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：滾壓加工表面強化機理的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：夏偉
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

滾壓加工是一種對零件表層進行局部微塑性加工，實現零件表面強化的無切屑加工工藝，能改善零件疲勞磨損性能，顯著提高其使用壽命和可靠性。該技術近年來得到飛速發展，被廣泛套用於機械、車輛、航空等領域，但其表面強化機理如壓縮殘餘應力和冷作硬化等方面的研究相對滯後。本項目擬採用彈塑性力學、有限元方法建立滾壓加工壓入過程、滾壓過程的數學物理模型和有限元模型，其中考慮微塑性尺寸效應和晶粒的影響；將建立的模型和實驗設計與最佳化方法結合以實現表面強化效果的預報和控制；同時結合摩擦磨損理論建立滾壓表面強化區域的實際工況細觀模型，分析表面強化作用對零件微裂紋衍生和擴展、損傷積累、疲勞磨損等的影響；以建立的模型為基礎編制滾壓加工軟體。本課題的完成將初步建立滾壓加工表面強化機理理論，對噴丸、雷射噴丸等類似工藝也具有重要的參考價值。

結題摘要

缺乏系統性的滾壓表面強化機理的理論研究制約了滾壓技術的發展和廣泛套用，本項目採用解析方法、數值模擬和實驗方法，從微觀、細觀到巨觀，建立了滾壓表面強化理論。採用解析方法研究了滾壓平整機理，發現平整特性僅取決於工件屈服強度而與彈性參數無關，滾壓最多能降低表面粗糙度至初始值的12.5%～25%；採用經典彈塑性理論基於有限元方法，建立了工具壓入工件、單道次和多道次滾壓過程中切削粗糙表面變形形態、應力應變、殘餘應力、冷作硬化的變化規律，與實驗結果對比發現，該模型適用於次表層表面強化機理；據此提出最表層強化的本質是晶粒在滾壓方向上逐步被拉長，破碎，由表及里生成晶粒大小梯度結構的觀點，得到了基於實驗方法建立的滾壓過程中表層晶粒演變規律的驗證，通過加大滾壓力進行多次滾壓，生成了納米-亞微米-微米梯度納米結構表層，研究了其晶粒形態、織構、取向的變化，發現表面性能得到了較大的提升；採用Voronoi函式生成表層初始晶粒形態，基於CPFEM模型得到了滾壓過程中晶粒變形和微觀殘餘應力分布；採用實驗方法分析了滾壓強化表層的表面使役特性如摩擦、微動磨損行為，並依據回響曲面最佳化方法得到了最佳工藝參數組合。