功率超聲珩磨磨削區(qū)空化效應(yīng)基礎(chǔ)研究.pdf

1、功率超聲珩磨磨削過程中常采用煤油或乳化液作為切削液,在超聲波作用下磨削區(qū)會出現(xiàn)超聲空化?？栈萃ǔＬ幱诜欠€(wěn)定狀態(tài),不斷地膨脹、壓縮甚至潰滅,當空化泡潰滅時會在磨削區(qū)產(chǎn)生沖擊波和微射流等一系列非線性聲學現(xiàn)象,這些現(xiàn)象已經(jīng)在功率超聲振動加工界引起可足夠重視。基于空化效應(yīng)來研究功率超聲珩磨技術(shù),對于完善功率超聲珩磨磨削機理具有重要的現(xiàn)實意義。本文從磨削區(qū)空化產(chǎn)發(fā)生機理、空化泡動力學、空化效應(yīng)及空化聲場等方面來研究功率超聲珩磨磨削區(qū)的空化。

2、r>　　主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)揭示了磨削區(qū)空化發(fā)生機理。在珩磨頭體的擾動下,連續(xù)的冷卻液被離散成大量微小的液滴,出現(xiàn)少量游移的空化泡,進而在超聲振動下發(fā)生超聲空化。通過求解勢流動伯努利方程和拉普拉斯方程,得出油石表面超聲振動聲壓幅值遠超過切削液的空化閾值,理論上驗證了油石表面必然會發(fā)生超聲振動空化效應(yīng),并進行了實驗驗證。
　　(2)通過建立磨削區(qū)單個球形空化泡的模型,計算出空化泡完全閉合所需時間、氣泡表面流體徑

3、向速度以及氣泡閉合釋放的沖擊壓力。在此基礎(chǔ)上,對油石表面半球狀空化泡群動力學模型進行計算,得出在接近泡群中心無量綱半徑r*=70~80處,潰滅會產(chǎn)生明顯的局部壓力脈沖現(xiàn)象。
　　(3)研究了空化產(chǎn)生的噪聲、空蝕和顫振對功率超聲珩磨的影響。利用聲波的反射、折射和鏡像原理建立了油石壁面附近單、雙空化泡輻射聲壓模型,并對潰滅產(chǎn)生的輻射聲壓進行了數(shù)值模擬。通過計算空化泡群在壁面上潰滅時壓力脈沖發(fā)生幾率,得出空化泡群內(nèi)只有少數(shù)大尺寸空化泡潰

4、滅釋放的壓力脈沖才能導(dǎo)致固壁空蝕,并帶來材料塑性和脆性破壞。建立了功率超聲珩磨再生型顫振動力學模型,得出當考慮空化泡潰滅作用時,會加劇系統(tǒng)顫振的頻率,而對功率超聲珩磨顫振振幅的基本沒有影響。
　　(4)利用有限元分析方法,建立了諧振系統(tǒng)——流體介質(zhì)——剛性圓柱形吸收邊界的耦合聲場模型,得出油石表面聲壓幅值與聲場分布的關(guān)系:當諧振系統(tǒng)處于諧振動狀態(tài)時,產(chǎn)生的聲場均勻分布在油石座及油石外輪廓線上,出現(xiàn)了聲壓幅值的集中,油石表面振動空化