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二维超声振动对滚压加工的促进机理研究

二维超声辅助滚压，声软化，三维表面形貌，分子动力学

在滚压加工(surface burnishing process, SBP)过程中引入切向和垂向超声振动辅助，研究两者对SBP性能的改善机理。使用Kistler力传感器采集加工过程中的力数据。表征加工后样品的表面粗糙度（S_a，S_q，S_sk和S_ku）和截面显微硬度，建立分子动力学模型讨论超声振动的声软化作用机制。实验结果表明，垂直超声振动可以有效降低SBP过程中的F_Z。切向超声振动可以抑制SBP期间F_X，F_Y和切向力的波动，同时能有效降低切向力。二维超声振动辅助表面滚压加工（two-dimensional ultrasonic vibration assisted surface burnishing process, 2D-USBP）融合了切向超声振动和垂直超声振动的优点。与滚压加工的样品相比，2D-USBP进一步提升样品的表面性能，例如改善表面粗糙度，增加表面硬度以及增加强化层的厚度。表面粗糙度的改善主要归因于切向超声振动，而硬度和强化层厚度的增加主要归因于垂直超声振动。分子动力学结果表明，超声振动在塑性变形阶段产生声软化作用。在超声振动的作用下，位错密度和势能增加，塑性变形力减小。