功率超声珩磨磨削区空泡溃灭微射流冲击特性及试验研究

正功率超声珩磨是一种超声辅助精密加工方法,依靠油石的运动达到去除材料及改变表面微观形貌的效果,加工过程中,超声波传入磨削液会产生空化效应,空泡溃灭过程中会产生微射流、冲击波、声致发光等次级效应,会对材料表面产生不容忽视的影响,尤其是空泡溃灭微射流的冲击作用。因此,文中提出超声珩磨环境中空泡溃灭微射流冲击特性的研究,主要工作如下。     

超声珩磨时单空化泡的动力学分析

超声振动珩磨时单空化泡动力学的分析有助于深入研究超声振动珩磨磨削机理,故以磨削液为液体介质,研究了超声振动珩磨环境下单个气泡的动力学特性。将气泡大于初始半径的运动过程看作是等温过程,而气泡小于初始半径的运动过程看作是绝热过程,在Rayleigh-Plesset方程的基础上,建立超声珩磨环境下单空化泡的动力学模型。应用4~5阶Runge-Kutta法,对单空化泡动力学模型进行了数值求解,并与传统超声空化的空化泡运动特性进行了比较。结果表明:超声珩磨的环境下,磨削区空化泡膨胀的幅值较大,但频率较慢,气泡的运动规律比较稳定。     

超声振动珩磨单空化泡溃灭温度研究

为了研究超声振动珩磨作用下的空化效应,基于超声空化动力学和热力学基本定律,建立了超声振动珩磨单空化泡热力学方程;数值模拟了各珩磨参数对空化泡运动半径的影响,间接分析了各参数对单空化泡溃灭温度的影响。结果显示,珩磨参数对空化泡溃灭温度影响微弱,单空化泡的溃灭温度大约为300～1400K;在超声钻床上,以铝箔纸为试验材料进行了超声空化试验,试验结果与理论分析基本一致。     

功率超声珩磨空化试验分析

功率超声珩磨加工过程中会发生空化现象,为探究空化对被加工材料表面的影响,进行超声珩磨空化正交试验并针对凹坑最大直径、表面侵蚀率、表面粗糙度三个指标进行试验分析,这三个指标可分别表征单泡溃灭强度,整体空化强度及空化对材料表面质量影响,结果表明：空化造成材料表面微小凹坑,影响凹坑最大直径的主要因素依次为距离和振幅,距离越小,振幅越大,则凹坑最大直径越大;影响表面侵蚀率的主要因素依次为试验时间和距离;而振幅则对材料表面粗糙度的影响最大,在距离5 mm、振幅65%、试验时间1/3 min条件下,试样表面粗糙度降低,表面质量提高。因此,在一定条件下,空化效应有助于改善超声珩磨中工件表面质量,试验分析结果对超声珩磨实际加工具有借鉴意义。     

轴向功率超声珩磨力学模型的建立及仿真

功率超声珩磨技术在发动机缸套的精密加工中能够得到较好的表面质量,其中珩磨力的大小与超声振动特点有关,是影响工件材料去除、磨削热及表面质量的重要因素之一。基于超声珩磨材料去除机理,考虑了油石表面磨粒分布规律,建立了包括材料切屑变形和磨粒与工件摩擦两种情况的超声珩磨力学模型。由力学模型仿真结果可知:功率超声珩磨磨削力与加工参数及加工过程中材料物理变化均有关,特别是材料应变率效应更加明显;在相同加工条件下,超声珩磨磨削力比普通珩磨平均降低50%以上,并且法向力与切向力比值增大,有利于材料的去除;超声振动能够减小磨粒与工件的平均动态摩擦系数,从而减小平均切向摩擦力大小,有利于提高工件表面质量;珩磨深度较主轴转速对珩磨力影响更大,当主轴转速高于620 r/min时,珩磨力开始逐渐减小。     

超声振动珩磨工艺参数优化的试验研究

利用自行研制的功率超声振动珩磨实验装置,对超声珩磨和普通珩磨的磨削效率进行了对比实验研究,并采用超声振动珩磨技术,对AZ91D镁合金材料进行了加工实验,以确定最佳油石参数及工艺参数。实验结果表明,超声珩磨在材料去除率和加工表面质量上均优于普通珩磨。实验获得的优化工艺参数可以满足对镁合金的实际加工需要。     

超声平台珩磨机理分析

超声平台珩磨装置能使油石条产生超声振动,在珩磨缸套时具有磨削力小、珩磨温度低、油石不易堵塞、加工效率高等特点。对单颗磨粒在振动时产生的脉冲力,以及超声脉冲力垂直于珩磨网纹的方向分力——有效去峰力进行了分析,并用断裂力学原理来解释尺寸效应产生的机理,最后得出结论:珩磨中油石磨粒具有强大的脉冲力具有足够的能量削掉网纹峰尖成为平台,该理论对于生产实践具有重要的意义。     

轴向功率超声振动珩磨的运动学分析

目前,功率超声振动辅助加工技术的研究多集中于试验性分析,尽管有部分理论分析,但只是简单的介绍,尚未形成系统的理论体系.功率超声振动珩磨是功率超声振动切削在珩磨中的应用,通过在普通珩磨的基础上使油石产生功率超声振动来进行珩磨.从运动学角度对油石沿轴向的功率超声振动珩磨加工技术进行较为系统的理论研究,归纳出轴向功率超声振动珩磨的四个运动特性:1)分离特性;2)冲击特性;3)变速特性;4)往复熨压特性.为进一步的动力学研究提供了必要的支撑条件.     

38CrMnA材料功率超声振动珩磨加工工艺试验

超声振动珩磨是一种新型的、高效的精密加工技术,广泛应用于汽车、坦克发动机缸套或缸体类零部件中。针对特种难加工材料38CrMnA,分别利用超声振动珩磨和普通珩磨进行加工,主要对比了磨削力、磨削区温度、工件表面粗糙度等参数。试验结果表明,超声振动珩磨具有加工效率高、珩磨磨削力小、磨削区温度低、加工精度高等优点,为提高珩磨效率和解决韧性、高硬、高强材料的光整加工开辟了新途径。     

超声辅助磨削空化冲击波效应的空蚀特性

为探究超声辅助磨削过程中,近固壁面空化泡运动产生冲击波对材料空蚀特性,以单个空化泡为研究对象,考虑液体介质的表面张力建立超声空化冲击波模型,通过数值模拟讨论了超声振动频率、声压幅值、空化泡初始半径与表面张力系数对冲击波压力大小在液体传播中变化的影响。搭建超声空蚀实验平台,通过观察不同空化条件下材料表面微结构,研究冲击波的侵蚀机制。结果表明：空化泡中心产生的冲击波压力最大并随着距空化泡中心距离的增大急剧衰减;当超声声压振幅越大、表面张力系数越小时,在与空化泡中心距离相等处产生的冲击波越大;空蚀加工距离越近和超声振幅越大,冲击波的空蚀作用越剧烈。     

液压缸筒珩磨机理的研究与应用

珩磨是磨削加工的形式之一,由于珩磨加工后的零件表面质量好,粗糙度低,而且加工效率高,因而珩磨工艺被首选用于液压缸筒的精密加工.珩磨加工原理是通过在油石与工件表面之间施加一定压力,并以合适的切削用量实现油石与工件表面之间的预定合成运动,以加工出几何精度高、表面质量好的工件表面.     

功率超声珩磨铸铁缸体的试验研究

功率超声珩磨装置功率超声珩磨装置就是将超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转换为超声频纵向机械振动,变幅杆将换能器的纵向振动扩大后传给弯曲振动圆盘,挠性杆再将弯曲振动变成纵向振动后传给油石座,油石座带动与其烧结在一起的油石进行纵向振动,如图1所示。我们进行了直径47mm立式功率超声珩磨装置的设计及制造、装配,成功地完成了47mm孔径缸套珩磨系统,实际加工后,考核其尺寸精度均可达IT6级,表面粗糙度可达Ra0.1μm,圆度、圆柱度可达0.007mm,与国外同类装置相比,该超声波珩磨装置具有如下优点:①由于珩磨杆不振动,可节省能量…     

发动机缸套超声振动珩磨专用夹具的设计

功率超声振动珩磨就是通过在油石上施加功率超声振动,以进行珩磨。与普通珩磨相比,这种加工方法在加工时产生的珩磨力较小、珩磨温度低、在提高表面质量的同时油石磨损较小、最重要是加工精度高。针对发动机缸套的超声振动珩磨设计了一套专用的定位加工的夹具。该夹具采用外抱式结构,在夹具体和缸套之间填充液性塑料这种介质,由此介质均匀的将力施加到弹性套上,从而实现了缸套的轴向夹紧。夹具克服了在传统缸套加工中难实现定心定位,易轴向变形的缺点。     

缸套珩磨工艺参数的选择

一、珩磨的原理 珩磨是磨削的特殊形式,是用颗粒很细的油石和适当的润滑冷却液来加工零件的孔或外表面的一种金属切削方法。 工作时,珩磨机主轴带着珩磨头在被加工零件的孔内不断的作旋转和往复运动,同时使油石逐渐张开来切削金属、机床主轴所作的两种不同运动的综合结果,使油石表面的每颗磨粒在被加工零件表面上磨出     

外圆与球面的珩磨加工

珩磨是一种对工件进行又旋转又往复运动的低速磨削方法,其速度较低,在100米/分以下,最高不超过300米/分。珩磨有油石条式和珩磨轮式两种基本刃具形式,可以加工内孔、外圆、平面和各种曲面、球面。油石条式的珩磨头,除珩磨头的旋转运动外,还有它沿工件轴线作住复的运动,大都是内孔刚性磨削,有时也有弹性油石条的珩磨,多用于大孔径。加工内孔时,一般工件不转。加工外圆时,则工件转,油石条作往复运动,这样在被加工表面上形成了一种左右旋交叉重叠的复杂网状螺旋线。     

有色金属超声珩磨工具设计的关键技术研究

超声振动珩磨加工是实现有色金属内孔表面高精度高效率的有效方法.其关键技术是解决包括超声变幅杆的优化设计、珩磨油石配方的合理设计、有色金属材料珩磨易拉伤、珩磨油易渗入超声系统及油石磨损后不便于快捷更换等问题.针对有色金属超声珩磨在应用过程中所存在的关键问题,进行了深入的研究,并提出问题解决的方法和手段,消除了制约有色金属...     

衡量缸孔珩磨质量的参数分析

珩磨属于一种低速磨削,常用于缸孔内表面的光整和精加工。在一些大型的发动机中都会对其主要的套筒内孔进行珩磨。通过珩磨我们可以修正孔在珩磨前加工出的一些轻微的形状误差,并且珩磨后的表面上有均匀的交叉网纹,这有利于储油和润滑等。影响珩磨质量的主要因素有珩磨油石,珩磨头的胀紧压力,珩磨头的转速、冲程等。     

基于响应曲面法的珩磨油石寿命影响因素研究

在珩磨加工时,油石磨损对零件的加工精度有重要影响。基于响应曲面法建立珩磨油石二阶响应曲面模型,通过BBD实验对珩磨油石寿命模型进行拟合,分别验证模型的有效性和显著性,结果表明响应曲面模型能很好地拟合油石寿命。在分析了珩磨油石寿命关于影响因素的响应曲面后,得到了各因素对油石寿命的交叉影响程度。结果表明:各工艺参数对油石寿命具有复杂的交互作用,在油石粒度相同的情况下,珩磨压力较往复速度对油石磨损的影响更加显著;压力和粒度的交互作用对油石寿命影响最大,油石在磨削时,由于细小的磨屑容易进入油石气孔中,粒度越小,越易出现堵塞现象。     

渐开线花键拉刀加工工艺优化设计

通过分析渐开线花键拉刀普通磨削弊端、超声珩磨原理,对外圆超声珩磨装置进行设计研究并与普通磨削试验进行数据对比,最终得出外圆超声珩磨加工提高了拉刀表面质量,降低了表面粗糙度,延长了拉刀使用寿命,提高了企业生产效率.     

旋转超声磨削加工建模与仿真研究

旋转超声磨削加工结合超声加工和磨削加工的技术优势，在难加工零件的精密制造中具有较大应用潜力。根据旋转超声磨削加工机理，建立旋转超声磨削加工中材料去除体积和加工表面粗糙度的数值计算模型。基于MATLAB软件编写旋转超声磨削加工仿真程序，对材料去除体积、加工表面形貌和表面粗糙度进行仿真模拟，并探究不同加工参数对表面粗糙度和材料去除体积的影响规律。仿真结果表明：主轴转速与超声振动频率之比(n/f)对加工表面形貌和去除体积有决定性影响，n/f比值增大能够有效降低表面粗糙度和提升材料去除体积；详细探讨了磨粒直径、振幅等参数对旋转超声磨削加工表面形貌和去除体积的影响规律，并仿真模拟了参数优化前后的加工表面形貌。