超声珩磨区实际气体的单空泡动力学分析

为进一步揭示功率超声振动的珩磨机理,以珩磨液为工作介质,研究了功率超声珩磨环境中实际气体的单空泡动力学特性。基于Rayleigh-Plesset方程,应用实际气体绝热方程和范德瓦尔斯方程对其进行了修正,建立了功率超声珩磨环境中实际气体的单空泡动力学方程以及实际气体单空泡共振频率方程。并运用4~5阶RungeKutta法模拟了不同超声条件(声压幅值、空泡初始半径、振动频率)对泡壁的运动以及运动速度的影响。结果表明:较高的声压幅值,空泡理论共振半径R'0与初始半径R0的比值为102数量级以及较低的超声频率有利于超声珩磨磨削区空化效应的发生。     

激光珩磨专用机床的运动控制研究

 以发动机气缸/活塞环摩擦副为具体研究对象,研制了一种新型激光珩磨设备。由于发动机汽缸套载重大,且形状不规则,故设备采用激光头既旋转又直线运动的运动方案。该设备在移动轴和转轴中分别安装有高精度光栅尺和高精度增量旋转编码器以提高运动控制系统的精度。为了使微凹腔沿圆周均匀分布,采用了小数分频原理,能够实现任意小数分频。通过对运动控制卡与自制的调Q控制卡的软件编程,实现了运动控制系统与激光系统的协同控制,用以在气缸表面加工出特定的微观形貌。加工方法采用的是“单脉冲同点间隔多次”的激光微加工新方法。利用该方法能够方便地加工出微观或宏观的形貌且能显著地减少激光加工所带来的负面热效应。     

松孔镀铬层的高效超声珩磨

作者使用自行研制的立式超声珩磨装置对钢质薄壁气缸套松孔镀铬层进行了超声珩磨试验。试验结果使用人造金刚石和ＣＢＮ油石时，与普通珩磨相比，超声珩磨镀铬层可提高珩磨效率１４－５９倍，表面粗度Ｒａ可达０．２－１．２７μｍ，加工精度可达ＩＴ６－ＩＴ７。     

强力超声珩磨在高强度钢深孔加工中的应用

高强度钢深孔的珩磨加工一直是工厂生产中的技术难题，本文作者使用自行研制的φ１２２ｍｍ卧式深孔强力超声珩磨装置对高强度钢深孔进行了大量的强力超声珩磨试验，超声珩磨使用了人造金刚石和立方氮化硼油石，试验结果表明，在同样条件下，强力超声珩磨可提高珩磨效率１～３倍，提高磨削比１．３４倍，表面粗糙度达到Ｒａ０．８μｍ     

珩磨缸套表面粗糙度预测及多目标优化研究

为了对粗珩阶段缸套内孔表面粗糙度R_k粗糙度集中的R_k、R_pk和R_vk进行预测,进而对粗珩加工参数进行优化,以珩磨压力(P)、珩磨头旋转速度(V_R)和往复速度(V_Re)为决定因素,R_k粗糙度集为目标响应,进行多目标优化. 建立基于广义回归神经网络(Generalized regression neural network, GRNN)与响应曲面法(Response surface methodology, RSM)的粗糙度预测模型,并采用三因素三水平的全因子珩磨试验进行验证,结果表明所建立模型的预测结果与试验结果具有很好的一致性. GRNN预测模型决定系数R2的均值为0.959,RSM多元回归预测模型决定系数R2的均值为0.963,与RSM所建立的多元回归预测模型相比,GRNN预测模型在预测R_k和R_pk时,预测精度更高,预测误差更小,R2分别提高了0.025和0.020,在预测R_vk时RSM多元回归模型更优,R2提高了0.057. 进一步结合响应曲面法分析了3个决定因素对粗糙度的影响显著性并进行了排序,对于R_k:V_Re>P>V_R;对于R_pk:P>V_Re>V_R;对于R_vk:P>V_Re>V_R. 结合多元回归模型与NSGA-Ⅱ (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ)优化算法进行多目标优化,获得Pareto最优解的Pareto前沿.      

钢质薄壁气缸套超声珩磨的研究

作者作用自行研制的立式超声珩磨装置对钢质薄壁气缸套本体进行了超声珩磨试验，分别以表面粗糙度和珩磨效率为指标对超声珩磨油石进行了正交试验，确定了超硬磨料，粒度和结合剂对表面粗糙度和珩磨效率的影响顺序，试验结果表明，超声珩磨钢质薄壁气缸套可提高珩磨效率１－３倍，表面粗糙度Ｒａ可达０．５－２．１μｍ，超声珩磨解决了钢质薄壁气缸的加工难题，开辟了一条高效率珩磨加工软钢的途径。     

弱酸试纸法测量功率超声珩磨空化声场的研究*

为了简便、直观地测量功率超声珩磨磨削区的空化声场强度及分布情况,提出了利用弱酸PH试纸测量磨削区空化声场的方法。利用超声空化效应产生的弱酸空化泡在PH试纸表面溃灭后,形成深浅和分布不同的变色区域,间接地表征油石表面空化声场的强弱和分布规律。通过对比不同超声频率、测试距离和时间,得出了最佳测试距离和时间。结果表明,当超声频率为18.6 kHz,距离为10 mm时,测得油石表面的空化声场强度和分布最佳。该方法可形象地评价功率超声珩磨磨削区空化声场的强度和分布情况,具有一定的实际应用价值。     

超声珩磨作用下两空化泡动力学特性

为了探讨超声珩磨作用下磨削区的空化机理,基于速度势叠加原理,考虑超声珩磨速度和珩磨压力,建立了磨削区两空化泡的动力学模型. 数值模拟了磨削区空化泡初始半径、两空化泡间距、超声声压幅值、珩磨压力、珩磨头转速对磨削区两空化泡动力学特性的影响. 研究表明,考虑两空化泡之间的相互作用时,要想获得良好的空化效果,可将两空化泡初始半径之比控制在3 倍以内;选择较高的超声波声压幅值与较低的珩磨压力,并且使超声波声压幅值与珩磨压力和液体静压力之差介于0.66~1.89MPa 之间;增大珩磨头转速空化泡溃灭也略有加速;通过试验测量材料表面粗糙度的方法间接验证了理论分析的合理性.      

超声振动珩磨作用下空化泡动力学及影响参数

为了合理利用超声振动珩磨作用下的空化效应,以磨削区单个空化泡为研究对象,考虑珩磨头合成扰动速度和珩磨压力的作用建立了磨削区空化泡的动力学模型。数值模拟了空化泡初始半径,珩磨压力,液体静压力和超声声压幅值对磨削区空化效应的影响。研究表明考虑超声振动珩磨作用时,空化泡膨胀的幅值会受到抑制,其溃灭时间也会缩短,而且较容易出现稳态空化。珩磨压力和液体静压力对磨削区空化主要起抑制作用,超声波声压幅值在一定范围内能够促进磨削区空化效果的提升。本文的研究为进一步理解超声振动珩磨的空化机理提供了理论支持。     

立式超声珩磨设备的研制

本文介绍了立式超声珩磨设备的设计理论和特点．在研制卧式超声珩磨设备的基础上，我们提出了在机床不停机的条件下使油石胀开以及珩磨杆、珩磨头体均不振动的设计思想，并采取了两条相应的措施：（1）采用有圆柱孔的压电换能器和变幅杆；（2）在弯曲振动圆盘的圆周节线处制有四分之一波长的声绝缘杆，然后将珩磨杆安装在声绝缘杆上．对立式超声珩磨设备的温升进行了测试，并采取了相应的降温措施，立式超声珩磨设备的最高温度可以控制在40℃，频率漂移量减少39．6％．最后，讨论了立式超声珩磨设备的应用范围．