超声振动对珩磨加工过程中磨削液气泡空化作用的影响

为了对超声珩磨下的磨削液空化泡进行合理预测和控制,在分析磨削液空化机理的基础上,从气泡的控制方程出发,数值对比了超声珩磨与传统珩磨对磨削液气泡运动特性的影响,并研究了声压幅值和超声频率对磨削液气泡空化的作用,最后利用声强测量仪对磨削液气泡的空化强度进行了定量测量。结果表明:超声珩磨下气泡会发生膨胀及压缩的动力学过程,而传统珩磨下气泡会直接被压缩,且超声珩磨下气泡的溃灭速度比传统珩磨高两个数量级;当声压幅值较低时(pap0+ph),磨削液气泡不发生空化,随着声压幅值的增加(pa≥p0+ph),磨削液气泡的空化强度逐渐增强;超声珩磨装置共振时,磨削液气泡的空化强度最强,而超声珩磨装置非共振时,随着超声频率的增加,磨削液气泡的空化强度逐渐减弱。磨削液空化强度试验结果与理论分析基本相符。     

基于空化效应的功率超声珩磨再生型颤振研究

功率超声珩磨加工过程中的颤振影响因素很多,不仅包含物理磨削过程和机械振动环节,还包含了高频振动和超声波传动系统,是一个非常复杂的复合振动系统。通过建立珩磨颤振动力学模型,重点研究珩磨中空化泡溃灭产生辐射声压对再生型颤振的影响,结果表明:决定功率超声珩磨再生型颤振的主要原因为磨削厚度;空化泡溃灭产生的辐射声压会加剧系统颤振的频率,但对系统颤振的时域图变化趋势和振幅的大小基本没有影响。     

液态钎料薄层中超声空化泡的成长与破裂

通过进行液态钎料Sn-9Zn的铺展试验,观察超声作用下钎料空化泡的成长破裂情况,得出液态钎料在超声作用下发生填缝行为并且形态以扇形进行扩散。通过Matlab语言,在超声空化理论的基础上,从温度、超声频率、空化泡初始半径以及空化泡崩溃时的最大温度和最大压力四个方面,对Sn-9Zn,Sn-0. 7Cu和Zn-5Al三种液态钎料空化泡的成长和破裂进行模拟,得到了空化泡的运动情况。结果表明,温度越高,空化效应越弱;超声频率增大,空化效应减小;空化泡初始半径越小,空化泡的空化效应越明显;空化泡崩溃的最大温度同绝热指数成正比,而崩溃时的最大压力同绝热指数和反应体系的温度成反比。研究结果对超声波辅助钎焊中液态钎料空化效应的研究和应用提供了参考。     

连铸过程中超声细晶技术研究

研究了Al-1％Si合金水平连铸过程中施加功率超声对铸坯凝固组织的影响，并对其机理进行了探讨。实验结果表明，随着超声波功率的提高，铸坯凝固组织得到了细化，同时Si元素晶界偏析得到了抑制。理论分析认为当功率超声频率为22．3kHz时，能够发生空化效应的最大空化泡半径为1．02×10^-4m，且随着超声功率的增加，空化泡数量增多。空化泡崩溃时产生局部高温高压，从而导致晶粒细化，改善了Si元素的分布情况。     

超声空化对7050铝合金的细晶分析

7050铝合金半连续铸造过程中施加一定功率的超声,晶粒细化较为明显。从结晶热力学和动力学两方面,运用理论计算结合试验分析了超声振动在熔体中引起的空化泡共振机理,发现超声的空化效应能显著增大晶核的振动能量,从而显著增大晶核振动频率,引起晶粒的细化。定量研究了空化效应对7050铝合金铸造凝固过程中能量的传递及晶核振动频率的变化。探讨了超声在铝合金熔体中传播时空化泡的频率及其初始平衡半径对晶核振动频率及其形核规律的影响。     

温度对超声清洗中空化泡动力学特性的影响

目的为了更合理地利用超声清洗中的空化效应。方法以清洗区单空化泡为研究对象,基于能量守恒原理,建立了空化泡的动力学模型。数值模拟了环境温度、声压幅值、超声频率和超声振幅对清洗区空化泡动力学特性的影响。结果当温度从0℃升高到80℃时,空化泡溃灭时间由579.36μs缩短到181.43μs。高温下空化泡的膨胀速度更快,50℃时空化泡的最大膨胀幅值为51.27,此时空化强度最大。随着声压幅值的增大,空化泡的运动由近似于稳态空化的多周期振荡转变为只经过一次膨胀压缩后溃灭,最大膨胀幅值也由此先减小,后近似于线性增大,溃灭时间先变短,后稳定在150μs左右。随着频率的增大,空化泡的最大膨胀幅值变小,溃灭时间变长,振幅的扰动作用对空化泡半径变化和溃灭时间的影响很小。结论不同温度下空化泡的动力学特性相似,声压幅值的增大和超声频率的降低均有助于提升空化效应,换能器的振动对邻近液体中空化泡的扰动作用可忽略。     

功率超声对铝熔体作用机理研究

研究了在一定超声参数条件下,功率超声对高温铝熔体凝固过程的影响.通过与常规铝锭粗大的柱状晶对比,在高温铝熔体中加入功率超声,能使铝锭晶粒细化,组织分布均匀,铝锭微观晶粒组织表现为细小的等轴晶.着重论述了空化效应及其产生的高温高压理论,从而讨论了局部高温高压在铝熔体凝固过程中引发的各种效应和动力学问题,并从空化效应、声流效应和力学效应等方面,探讨了功率超声对高温铝熔体凝固过程中的作用机理.通过对铝锭组织结果分析总结出,功率超声对高温铝熔体凝固过程是多种效应综合作用的结果,这为功率超声有效应用于铸造提供一定的理论基础.     

功率超声珩磨颤振的动力学模型研究

功率超声珩磨中的颤振是动态珩磨中强烈的自激振动,也是影响零件加工质量和机床切削效率的提高的主要因素之一。在对功率超声珩磨切削机理进行研究的基础之上,分别以单颗磨粒和珩磨油石整体为研究对象,建立功率超声珩磨加工的单自由度和两自由度非线性动力学模型,从而有助于人们更好地去分析研究功率超声珩磨颤振机理。     

功率超声珩磨单颗磨粒耦合颤振模型

颤振是功率超声珩磨中极易产生的一种动态强烈自激振动现象,是影响工件加工质量和机床加工效率的重要因素之一.在对功率超声珩磨机理研究的基础上,以单颗磨粒工件系统为研究对象,分别建立了功率超声珩磨系统的两自由度非线性耦合颤振物理模型及数学模型,并确定了其微分方程表达式,为进一步寻求抑制、消除颤振策略提供了理论依据.     

金属熔体中超声声空化特性的研究进展

超声是实现金属凝固组织细化的一种高效、简单方法,具有无"污染"熔体等诸多优点,但超声细化的关键——金属熔体中的声空特性尚不清楚,制约了超声细化理论的发展及该细化方法的应用。针对声空化,详述了声空化泡的形成、声空化结构与声空化泡的分布、声空化泡运动学与动力学的研究进展,介绍了金属熔体中声空化特性的研究现状,并对新研究方法与方向进行了展望。     

钕铁硼材料的功率超声珩磨加工试验研究

针对钕铁硼材料的高硬度、高脆性的难加工特性,利用功率超声珩磨加工方法,设计了钕铁硼功率超声珩磨加工试验装置,对钕铁硼进行加工试验,通过对试验数据的正交分析,找到了影响钕铁硼加工表面粗糙度和材料去除率的因素,并通过超声振动珩磨与普通珩磨加工钕铁硼材料的表面SEM照片,证明了钕铁硼材料的功率超声珩磨加工相比普通珩磨加工,能够提高钕铁硼材料的加工质量.     

超声珩磨颤振单颗磨粒动力学模型的研究

颤振是影响磨削加工稳定性及加工质量的重要因素之一,对于超声珩磨稳定性的研究主要通过动力学模型.在提出对超声珩磨单颗磨粒的基本假设和分析再生型颤振产生机理的基础上,建立了超声珩磨颤振单颗磨粒三维多自由度非线性动力学模型,并简化了轴向和径向超声振动单颗磨粒的动力学模型及其方程,为进一步探求有效的抑振、消振方法提供了依据.     

超声振动珩磨表面残余应力数值模拟研究

目的磨削产生的残余应力对工件表面特性有重要影响,超声振动珩磨使磨粒具有极大的加速度而改变了材料去除机理,研究超声振动对工件表面残余应力的影响及产生机理。方法分析残余应力形成有限元理论,建立基于热弹塑性有限元法的超声振动单颗CBN磨粒切削40Cr Ni Mo A热力耦合有限元模型,并设置两次切削、卸载、约束转换及冷却等分析步。通过数值模拟得到不同振动参数下表面残余应力的分布情况,并对模拟结果进行分析。结果有限元计算得到的各分析阶段应力分布存在差别,超声振动参数设置达到仿真要求;对磨粒施加超声振动后珩磨力下降约26%,珩磨热降低约17%,切向残余压应力有所减小,垂直珩磨速度方向拉应力减小并向压应力转变。结论超声振动使珩磨力和珩磨热有一定程度降低从而改变了残余应力的分布及数值;振动频率在20 k Hz波动时对残余应力的影响不大;磨削速度减小,切向残余压应力增大,垂直磨削方向残余拉应力减小;振幅增大时,切向残余压应力减小,垂直方向残余应力增大。     

轴向功率超声振动珩磨颤振的稳定性分析

功率超声振动珩磨颤振是影响零件加工表面质量的主要因素之一,其稳定性研究具有重要意义.利用解析法和作图法对建立的轴向超声振动珩磨非线性动力学模型分别从轴向和径向进行了稳定性分析,得出刚度非线性因素对轴向稳定性影响不明显,超声激振频率对轴向响应幅值有较大影响,推导出径向系统稳定性方程,得出加工参数与响应幅值的关系,对抑制颤振方法提供了理论基础.     

超声珩磨振动系统动态设计

对超声珩磨振动系统传递原理及振动系统的设计方法进行了研究.运用有限元动力学分析方法对超声珩磨振动系统进行了模态分析以及谐响应分析,得到了弯曲振动圆盘、振动子系统的谐振频率以及油石座的谐振位移.实验测试较好地验证了理论分析结果,解决了振动系统传统设计中周期长、成本高、匹配性能差等问题,为超声珩磨的推广应用提供了新的研究思路与方法.     

基于统计方法的超声振动电火花油的空化场表征

通过铝箔腐蚀法测定不同条件下电火花工作液中的超声空化场分布,用Image-J软件提取腐蚀位置,借鉴金属盐雾腐蚀试验统计方法量化超声空化效应。结果表明:超声在电火花工作液作用区域内的空化场分布不均匀,且随着铝箔与超声振板距离的增加,铝箔的腐蚀面积减小,空化效应减弱;频率为28 k Hz的超声波在90 W功率条件下,80 mm范围内的空化作用的衰减率降至75%,且随着频率增加,衰减变快。     

超声波功率对铸锭内的气孔及组织细化的影响

研究了超声波功率对铝合金铸锭内气孔的影响,同时也考察了超声波功率对铝合金铸锭组织细化的影响,分析了超声波对铝合金铸锭内气孔影响的原因。研究结果表明,超声波在金属熔体内产生的空化效应可分为亚空化效应阶段和发展-发达阶段,只有在发展-发达阶段才具有良好的除气效果。     

Influence of non-uniform ultrasonic vibration on casting fluidity of liquid aluminum alloy

The application of ultrasonic vibration to the casting process can be realized through mould (die) vibration. However, the resonant vibration of the mould is always accompanied by a non-uniform vibration distribution at different parts, which may induce a complex liquid flow and affect the casting fluidity during the mould filling process. The influence of non-uniform ultrasonic vibration on the fluidity of liquid AlSi9Cu3 alloy was studied by mould vibration with different vibration gradients. It is found that ultrasonic mould vibration can generate two opposite effects on the casting fluidity: the first, ultrasonic cavitation in melt induced by mould vibration promotes the casting fluidity; the second, the non-uniform mould vibration can induce a melt flow toward the weak vibration areas and turbulence there, consequently decreasing the casting fluidity. When the melt flow and turbulence are violent enough to offset the promoting effect of cavitation on fluidity, the ultrasonic vibration will finally induce a resultant decrease of casting fluidity. The decreasing effect is proportional to the vibration gradient.