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金属表面超声强化技术及装备

超声波表面光整加工机理是通过高频振动的硬质滚轮作用于待加工金属工件表面，使工件表层金属产生塑性变形，在塑性变形的过程中，产生了冷作硬化，达到了改善表面质量的目的。这种表面质量的改善是综合的，既有硬度的提高，又有表面粗糙度降低，同时也弥合了一些微观裂纹，提高了工件的疲劳强度。与传统的砂纸抛光、压光、磨削相比，超声波表面加工具有很多优点。 1.作用力大幅度降低在静压力等于传统压光静压力四分之一的情况下，其显微硬度相。 2.加工区温度大幅度降低由于改变了加工方式，滚轮与工件的接触为断续捶击，大大减小了相互间的摩擦，温度也相应的降低，杜绝了因温度过高造成的表面缺陷。 3.大幅度降低表面粗糙度Ra值表面粗糙度可以提高三级以上，最高可达Ra0.02以下。 4.不产生切屑。 5.提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性以及抗疲劳强度由于超声波表面光整加工是压缩型塑性变形，工件表面产生一定的残余压应力，同时表面硬度提高50%以上，疲劳强度可提高近几倍。 6.节约设备成本超声波表面光整加工可直接代替砂光和磨削，在普通车床上即可进行光整加工，因此大大节约购置设备的费用，尤其对大型和超大型工件，效果更为明显。 7.生产效率高例如在普通车床上加工外圆表面，工件线速度70m/s，走刀量为0.05-0.15mm/r，其效率相当于精车。本系统由超声波系统、工具头和其他一些附件构成。工具头可以安装到普通机床（如车床）上对工件进行加工而不需对设备作任何改变，对于一些特殊的加工项目也可以开发相应的工艺装备以便于加工。应用范围：超声波表面光整加工设备可用于加工内外圆表面、平面，如各种液压缸内外孔、活塞杆、冶金轧辊等的加工，可以直接替代珩磨和磨削；借助数控设备或专用工装可以加工各种异型面如汽轮机叶片、航空发动机叶片、飞机蒙皮等；可加工的材料包括碳钢、工具钢、合金钢、不锈钢、铸铁、铸钢、铜及铜合金、铝及铝合金、铝镁合金等材料，所加工材料的硬度最高可达HRC60。对加工的零件来说，越是大型零件越具有优越性，可应用于工程机械、压力机、石油机械、煤矿机械、汽车、轧钢等行业。

北京交通大学 2021-04-13