超声滚压是一种表面塑性变形技术,可以有效降低金属材料的表面粗糙度,提高材料表面硬度和引入表层残余压应力,进而提升材料的抗疲劳性能。本文对超声滚压加工过程中18CrNiMo7-6合金钢的力学响应进行分析,结合超声滚压加工特点,考虑了加工硬化、应变率强化以及循环加载特性,建立了超声滚压条件下18CrNiMo7-6合金钢的混合硬化模型,基于相关试验确定了混合硬化模型材料参数;建立了超声滚压有限元模型,并对残余应力场进行了仿真分析,结合超声滚压试验结果,验证了有限元模型的有效性,然后通过Taguchi方法对影响表面残余应力的工艺参数进行优化分析。最后,对材料表面性能的其它评价指标粗糙度、表面形貌和显微硬度进行了研究,分析了各加工参数对表面性能的影响。主要工作由以下几个方面组成:1.建立了超声滚压条件下,18CrNiMo7-6合金钢的混合硬化力学模型,通过对18CrNiMo7-6合金钢进行单轴拉伸试验、高应变率压缩试验、循环拉压试验,确定了混合硬化模型中未知的材料参数,并对材料参数进行验证,为超声滚压有限元分析提供了材料参数。2.通过分析试样与工具头在超声滚压过程中的相对运动,建立了超声滚压有限元模型,对超声滚压过程进行仿真,进而分析材料表层残余应力场分布。将仿真结果与试验测试结果对比,发现两者变化趋势一致,表明建立的有限元模型是有效的,可以用于工艺参数优化分析。3.以超声滚压后工件表面残余应力为优化目标,采用Taguchi方法结合有限元分析对影响工件表面残余应力的加工参数进行优化分析,得到了静压力、进给量、主轴转速和工具头直径之间的优选加工参数组合,并评估了各加工参数对表面残余应力的显著性影响。结果表明,优选加工参数组合:静压力400 N、进给量0.10 mm/r、主轴转速150 r/min、工具头直径6 mm时,表面残余应力达到最大;Taguchi分析得到的显著性顺序为:静压力＞主轴转速＞进给量＞工具头直径。4.对18CrNiMo7-6合金钢经超声滚压后表面性能的其它评价指标,粗糙度、表面形貌和显微硬度随工艺参数的变化规律采用试验的方法进行了分析研究。结果表明:粗糙度的变化与进给量、主轴转速呈正比,与滚压次数呈反比;而粗糙度随静压力、超声振幅的变化规律表现为非单调性;显微硬度与静压力、主轴转速、超声振幅、滚压次数呈正比关系,与进给量呈反比关系。