摘要:采用一种新型表面机械强化技术-豪克能深滚技术(UDR)对钛合金试样进行表面强化处理.研究了豪克能深滚处理对试件的残余应力、加工硬化和表面形貌及表面粗糙度的影响。
结果表明:豪克能深滚处理引入高幅值.大深度的残余压应力、加工硬化量适度并且显著降低了表面粗糙度．根据以上结果分析了该技术的优势和应用前景。
关键词:豪克能深滚;残余应力;粗糙度;加工硬化;钛合金表面机械强化处理技术主要用于提高零件的疲劳性能,在航空、汽车工业等领域获得了广泛的应用,其强化机理主要在于引入残余压应力、产生加上便化和降低表面粗糙度等三方面。传统的表面机械强化技术主要有喷丸、滚压和滚光等。近年来,深滚(DR,DeepRolling)、低塑性滚光(LPB，LowPlasticityBurnishing)和激光冲击强化(LSP,LaserShotPee-ning)2日等得到了发展并开始在工业领域内应用。
由于在滚压体和零件表面的接触处会产生较大的摩擦力,传统的滚压加工会在零件次衣严土另2)1力并对零件表面造成划伤,并且这种损伤会随滚压强度增大而加剧,因此采用该工艺很难达到深滚的效果。喷丸处理是一种广泛应用的抗疲劳表面强化工艺。但是,由于喷丸所用的丸粒直径较小,撞击动能有限,因而能产生的残余压应力层的深度教文?L不和的会增加零件的表面粗糙度”,这对抗疲劳是不利的。
DR和LPB技术正是在以上背景下发展起来的,目的是在零件表面产生大深度高值残余压应力的同时,保持适量的加工硬化、避免表面划伤并降低零件的表面粗糙度。DB和LPB均是通过超高压液体支撑一枚弹子作用在零件表面上,实现近“无摩擦”滚压;LSP通过激光束的冲击作用使零件表面发生塑性变形。DR和LPB都需要超高压流体润滑，LSP需要功率激光发生器,因此以上几种技术的设备制造成本和使用维修费用较高.豪克能技术的发展与应用为材料表面强化处理提供了新的技术途径[8。为此,发展了一种基于超声振动的新型表面机械强化技术豪克能深滚技术(UDR,UltrasonicDeepRolling)。利用UDR技术对TC4钛合金试样进行了表面强化处理。研究了高频深滚对钛合金试样的表面形貌、表面粗糙度、加工硬化和残余应力的影响。
豪克能深滚技术工作原理
豪克能深滚技术利用高频振动驱动一枚工作弹子，对零件表面产生高速撞击，使零表层材料产生塑性变形,卸载后形成有益的残余压应力。由于超声悬浮自由滚动和动态冲击接触的复合作用实现了工作弹子与被处理零件表面的近“无摩擦”冲击滚压作用。因此，不但可以形成大深度残余压应力，同时还不会造成对零件表面的划伤或产生剪应力在豪克能驱动的同时，给工作弹子施加了独立的深滚静压力以保证弹子和变化曲面的连续接触豪克能深滚强化处理原理如图1所示。
豪克能深滚设备可安装在传统的车床床加工中心或机械手上，因此可以在传统的机加工生产线上实现表面强化处理。通过调整豪克能振动参数和静压力可以实现表面强化层的“可控性”，即“控制”残余应力、加工硬化和强化层深度因此工艺可控性较好由于主要靠冲击动能使零件表面发生塑性变形不会使零件产生宏观变形，因此该技术可以用来处理叶片壳体等薄壁零件，与DRLPB和LSP等技术相比，超声深滚技术不需要复杂昂贵的超高压液压系统或大功率激光发生器设备简单使用维护成本低
结论：
(1）豪克能深滚（超声滚压）可在零件表面引入高幅值、大深度的残余压应力层。最大残余压应力值与材料的屈服强度接近,压应力层深度约为14mm。(2)加工硬化量低于10%。(3)显著降低了表面粗糙度,使表面粗糙度由Ram降低到R.Qm。以上结果表明,采用豪克能深滚处理有利于改善零件的抗疲劳性能、耐磨性和抗应力腐蚀性能等。
论文作者：李礼,朱有利，吕光义,黄元林,白咫