纵-扭复合振动超声深滚加工是将二维超声振动与超声深滚加工技术相结合,进行工件表面光整与强化加工的一种新工艺。本文对Q235钢进行纵-扭复合振动超声深滚加工,探索其表面强化机理。主要研究内容如下:(1)基于纵-扭复合振动超声深滚加工工作原理及运动学分析,构建深滚加工残余应力物理模型。研究发现在纵-扭复合振动超声深滚加工过程中,其残余压应力与材料本身物理力学性能、滚轮半径、振动参数和滚压工艺参数有关。采用数值分析方法研究纵-扭复合振动超声深滚加工振动参数和滚压工艺参数对工件表面残余压应力的影响,结果表明,纵-扭复合振动超声深滚加工工件最大残余压应力随着滚轮半径、振幅、频率与静压力的增大而增大,随滚压速度与滚压深度的增大而减小。(2)基于纵-扭复合振动超声深滚加工运动学模型,进行了纵向振动与纵-扭复合振动超声深滚加工过程有限元分析,对比研究纵向振动与纵-扭复合振动对残余应力的影响,得到了工件滚压冲击中心位置沿深度方向的残余应力分布状况,分析了工艺参数对残余应力的影响规律。结果表明,在相同的滚压工艺参数下,纵向振动与纵-扭复合振动对残余应力的影响规律相似,残余应力随着静压力的增大而增大,随着滚压速度的降低有不同程度的增加,随着振幅、相位角的增加而增加。(3)对Q235钢进行纵-扭复合振动超声深滚加工和常规深滚加工对比试验,研究工艺参数对表面粗糙度和表面显微硬度的影响规律,并构建表面粗糙度与表面显微硬度的预测模型,寻找分别基于最低表面粗糙度值和最高表面显微硬度的最优工艺参数。结果表明,在相同的工艺参数下,纵-扭复合振动超声深滚加工后工件表面粗糙度值低于常规深滚加工,而表面显微硬度值高于常规深滚加工;表面粗糙度值随静压力增大先增后减,随进给量的增大而急剧增大,随滚压速度的增大变化不明显,进给量对表面粗糙度的影响最显著;显微硬度随静压力的增大而增大,随进给量的增大先增后减再增,随滚压速度的增大先增后减,静压力对显微硬度的影响最显著。最后对工件表面形貌进行观测,发现纵-扭复合振动超声深滚加工后工件表面形貌优于车削加工和常规深滚加工,加工纹理较均匀一致。该研究成果对复合振动模式的超声表面强化技术应用具有指导意义。