超聲振動輔助磨料水射流拋光沖蝕機(jī)理和工藝技術(shù)研究.pdf

1、本研究采用工件切向振動的方式將超聲振動引入微磨料水射流拋光硬脆材料，提高材料的去除率和表面質(zhì)量。超聲振動可以增強(qiáng)材料的塑性剪切去除能力，降低拋光表面粗糙度，改善由于磨粒沖蝕而產(chǎn)生的紋理。本文研制了超聲振動工作臺和超聲振動輔助流化磨料供給裝置，模擬研究了超聲振動輔助磨料水射流拋光加工中振動工件表面的射流沖擊流場，對超聲振動輔助磨料粒子沖蝕行為進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析，研究了材料去除機(jī)理，建立了單顆磨料粒子材料去除體積模型，采用顯式動力學(xué)有限元方法

2、模擬研究了沖蝕過程，建立了拋光表面粗糙度預(yù)測模型并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)研究了工件超聲振動對拋光效率和表面粗糙度的影響。
　　研制了超聲振動工作臺和超聲振動輔助流化磨料供給裝置，并對超聲振動工作臺進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析。結(jié)果表明，該工作臺的振動特性滿足研究要求，超聲振動輔助流化磨料供給裝置能對400＃-2500＃的磨料實(shí)現(xiàn)流量為200mg/s的穩(wěn)定控制。
　　模擬研究了超聲振動輔助磨料水射流拋光加工中振動工件表面的射流沖擊

3、流場，分析了工件振動對壁面射流止滯區(qū)和側(cè)流區(qū)壓力、速度場的影響，實(shí)驗(yàn)測量了振動工件表面的射流沖擊壓力，研究了射流沖擊振動工件表面時的流固耦合作用。結(jié)果表明，在邊界剪切作用下，流場的止滯效應(yīng)減弱;振動時的射流速度高于未振動時的射流速度，工件表面的流場速度分布不對稱;在施加振動后，沖擊壓力波動幅度明顯增加;工件表面射流壓力略低于振動前，壓力測量結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合;射流的沖擊作用使變幅桿發(fā)生耦合振動和變形。與振動邊界流場模擬結(jié)果相比，耦合

4、分析得到的沖擊區(qū)域壓力值略低;速度場的峰值較高，分布形態(tài)更加不規(guī)則。
　　建立了超聲振動輔助磨料粒子沖蝕工件材料去除機(jī)理模型和單顆磨料粒子沖蝕工件材料去除體積模型。建立了超聲振動輔助磨料水射流拋光時的磨料-工件接觸力學(xué)行為有限元模型，研究了超聲振動對于磨料-工件接觸狀態(tài)、沖蝕率和工件材料中沖擊應(yīng)力場的影響。結(jié)果表明，工件超聲振動時的沖蝕率均高于不施加振動的情況。工件超聲振動時的磨料-工件接觸力較大，接觸時問較長，磨料粒子速度降低顯

5、著。模擬研究了多顆磨料粒子沖擊點(diǎn)完全重疊和部分重疊情況下超聲振動對沖蝕率的影響。結(jié)果表明，工件超聲振動時的沖蝕率均高于未施加振動的情況。當(dāng)多顆磨料粒子沖擊點(diǎn)部分重疊時，沖蝕區(qū)域的殘余應(yīng)力主要是壓應(yīng)力。建立了超聲振動輔助磨料水射流光滑粒子流體力學(xué)模型。結(jié)果表明，工件超聲振動時的沖蝕率較高。實(shí)驗(yàn)研究了超聲振動輔助單顆磨料粒子的沖蝕情況。結(jié)果表明，在沖擊角度相同的條件下，超聲振動輔助磨料粒子沖蝕劃痕深度較大。
　　建立了超聲振動輔助磨料

6、水射流拋光表面粗糙度預(yù)測模型和基于二次響應(yīng)曲面法的超聲振動輔助磨料水射流拋光加工工藝參數(shù)優(yōu)化模型。結(jié)果表明，表面粗糙度預(yù)測模型能較好地預(yù)測拋光表面粗糙度;拋光表面由大量沖蝕磨料粒子形成的微溝痕創(chuàng)成，工件材料的去除方式均為塑性剪切，工件原始表面上的微缺陷基本被完全去除;施加超聲振動可提高沖蝕材料去除率和拋光效率，磨料粒子形成的溝痕深度略大于未施加超聲振動的情況，表面粗糙度略高于未施加超聲振動的情況;未施加超聲振動時磨料粒子形成的溝痕是具有