张炜舜 刘小振 李道朋 傅 波

(四川大学机械工程学院 成都 610065)

0 引言

喷丸强化技术通过喷丸高频撞击工件表面，从而对工件植入表面残余压应力来改善工件表面应力状态，被广泛应用于提高工业零件的机械强度、疲劳寿命和抗应力腐蚀开裂能力[1−3]。超声喷丸(Ultrasonic shot peening,USP)强化技术相比于传统喷丸强化技术，可以更有效地提供强化效果和残余压应力深度。国内外学者对喷丸强化技术进行了研究并取得了一系列的成果。文献[4–7]通过顺序耦合的离散元模型-有限元模型，以预测喷丸过程对残余应力和粗糙度的影响。文献[8–9]建立了多弹丸喷丸的有限元仿真，探究了喷丸覆盖率对残余应力的影响。文献[10–13]通过喷丸实验和研究多次喷丸强化的3D 有限元模型，得出了喷丸形状、速度、材料和喷丸间距对弹丸冲击力及加工零件残余压应力的影响规律。文献[14]通过仿真实验对比了传统喷丸和USP 的区别，得出了USP 可以使工件表面产生更深的残余压应力层。文献[15]通过单个压电超声振子对焊缝进行处理，显著提高了焊缝结构强度和抗腐蚀性。

前期的研究表明，采用多个纵向振动的压电振子组成阵列，再激励工具盘(激振片)产生弯曲振动，进而激发喷丸对工件进行强化加工，相比于传统的单振子USP强化加工，其加工面积和加工效率得到了有效提高[13]。为了进一步改进喷丸强化质量，提升强化加工后工件表面残余应力和显微硬度的均匀性，本研究对前期开发的压电振子阵列型USP系统进行了改进，在喷丸过程中辅助工件往复运动。……