微粒子喷丸是一种区别于传统喷丸的表面强化工艺,通过采用直径更小的微粒子以更快速度冲击靶材,在引入残余压应力的同时降低了受喷零部件的表面粗糙度,提高了金属零部件的硬度、耐疲劳强度和耐磨性能。残余压应力场和表面粗糙度是微粒子和靶材相互作用的力学反映,受材料力学性能参数和喷丸工艺参数的综合影响,通常用于测量喷丸强度的弧高度试片法并不能反映靶材对喷射的反应,而弹痕直径的影响因素刚好和残余应力场、表面粗糙度一致。本文采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,模拟了TC4钛合金的微粒子喷丸强化过程,研究了各喷丸工艺参数与残余压应力场、表面粗糙度的关系,并采用因次分析法推导了弹痕直径、残余压应力场深度、表面粗糙度和微粒子直径、冲击速度、微粒子和靶材材料性能参数之间的关系式。首先建立了单丸粒的有限元模型,设定微粒子直径分别为40、60、80、100、120μm;冲击速度分别为150、160、170、180、190、200m/s;摩擦系数分别为0.15、0.25、0.35、0.45;冲击次数分别为1、2、3、4、5次;冲击角度分别为30°、45°、60°、75°、90°;搭接率分别为0、1/4、2/4、3/4、1。结果表明微粒子直径、冲击速度和冲击角度对残余压应力和表面粗糙度影响很大,而摩擦系数和搭接率主要影响残余压应力,冲击次数主要影响表面粗糙度。其次选取了五个微粒子直径分别为40、60、80、100、120μm和三个冲击速度分别为150、170、190m/s,对组成的15个组合进行结果数据处理发现,残余压应力层深度、表面粗糙度与弹痕直径都成线性关系,三者又分别都与微粒子直径和速度的乘积呈线性关系,并采用因次分析法分别求得了它们之间的关系表达式。通过对其他喷丸参数进行仿真实验对比,最大误差不超过4%。