喷丸作为一种表面强化工艺,可以显著地提高零件的疲劳强度,广泛的应用在汽车、船舶、石油等行业。喷丸强化工艺技术提高零部件疲劳性能的关键因素主要是使材料表层与次表产生残余压应力,同时细化了表面晶粒组织结构,但是由于弹丸在冲击过程中造成了表面粗糙度的升高,容易在受力过程中产生缺口效应,形成应力集中,降低材料局部的疲劳强度,从而影响整个零部件的使用状况。在实际的工业生产过程中,通常利用ALMEN试片弧高测试喷丸强度,但是喷丸强度的弧高值只是反映了弹丸撞击受喷材料的能量,即使同一喷丸强度下喷射不同材料的工件,喷丸后的残余应力场也显著不同,压应力层的深度也很难划一;控制不同的喷丸工艺参数而保持同一喷丸强度,则受喷工件材料即使一样,残余应力场仍有差别;很难从喷丸强度来判断残余应力场,而残余应力场正是影响金属零部件疲劳性能的重要因素,因此有必要研究单个工艺参数对残余应力场的影响。论文围绕着喷丸工艺提高零部件疲劳性能出发,通过对金属疲劳损伤过程进行分析,以及介绍了喷丸强化工艺所产生的强化机制,对喷丸提高零部件的疲劳强度的作用进行论述,同时利用有限元数值模拟,对不同喷丸强化工艺参数所形成的残余应力场进行数值模拟,得到单个工艺参数对残余应力的影响,为设计者选取合适的工艺参数提供参考,论文具体内容如下:(1)介绍了喷丸工艺研究的背景和意义。在阅读大量文献的基础上,论述了喷丸工艺发展的历史背景与发展趋势,较为全面阐述了近年来国内外喷丸工艺发展的概况,同时指出了喷丸工艺研究所面临的问题所在,系统的介绍了喷丸工艺在近些年来取得的一些研究成果。(2)论述喷丸强化工艺对金属疲劳的强化作用。通过对喷丸强化作用的残余压应力强化机制和表面组织强化机制的研究,结合材料疲劳损伤过程,系统的阐明了材料在疲劳损伤过程中喷丸所起到的强化作用。(3)针对喷丸过程中的残余压应力强化机制,建立喷丸有限元数值模拟模型。利用python对有限元数值模拟软件进行二次开发,提高数值模拟的准确性与实用性。通过喷丸试验,利用残余应力和表面粗糙度两项关键参数,验证喷丸有限元模型的准确性,为单个工艺参数的数值模拟奠定基础。(4)对单个工艺参数进行有限元数值模拟。针对喷丸过程中的三个关键工艺参数:喷丸速度、弹丸大小、弹丸的入射角度展开喷丸有限元数值模拟,对残余压应力进行分析,得出残余压应力在材料表层分布的一般规律。(5)通过对曲轴单拐的圆角进行喷丸强化,确定了喷丸的工艺参数,利用曲轴单拐疲劳试验机对单拐进行弯曲疲劳试验,结果表明:经过喷丸强化,曲轴的疲劳强度得到了明显提高。