功率超声珩磨磨削区单个空化泡动力特性的研究.pdf

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1、2013年6月机床与液压June2013第41卷第11期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．41No．11DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．11．003功率超声珩磨磨削区单个空化泡动力特性的研究郭策，祝锡晶，刘国东，王建青(中北大学山西省先进制造技术重点实验室，山西太原030051)摘要：空化效应是功率超声珩磨磨削区常见的物理现象，能够大幅提高超声珩磨的加工效率。建立了功率超声珩磨磨削区空化泡的动力学模型，采用4—5阶的Runge—Kutta方法，分析了

2、空化泡的初始半径、超声频率、声压幅值、珩磨压力、珩磨头的回转速度对空化泡运动特性的影响。结果表明：超声波声压幅值与珩磨头的回转速度对磨削区空化泡运动特性影响较大，为进一步研究功率超声珩磨磨削区的空化效应提供了理论支持。关键词：空化泡；功率超声珩磨；数值模拟中图分类号：TG580．67；0427．4；0426．4文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)11—010—4ResearchontheDynamicCharacteristicsofSingleCavitationBubbleinGr

3、indingZoneofthePowerUltrasonicHoningGUOCe，ZHUXijing，LIUGuodong，WANGJianqing(KeyLaboratoryforAMTofShanxi，NorthUniversityofChina，TaiyuanShanxi030051，China)Abstract：Cavitationefectcanimprovesignificantlyprocessingefficiencyoftheultrasonichoning，whichhappens

4、ingrindingzoneofthepowerultrasonichoning，isacommonphysicalphenomena．Thedynamicmodelofcavitationbubblesinthegrindingzoneofthepowerultrasonichoningwasestablished，withfour-fivelevelsofRunge·Kuttamethod．Theefectsofinitialbubbleradius，the~equeneyandpressuream

5、plitudeoftheimposedultrasonicfield，honingpressureandtheturningspeedofhoningheadwerenumeri—callystudied．Itisshownthattheamplitudeofultrasonicandtheturningspeedofhoningheadhavegreaterefectthanothem．There—suhsprovideatheoreticalsupportforcavitationefectingr

6、indingzoneofthepowerultrasonichoning．Keywords：Cavitationbubbles；Powerultrasonichoning；Numericalsimulation功率超声珩磨是一种新型的、先进的特种加工方1功率超声珩磨中的空化效应法⋯，通常采用煤油或乳化液作为切削液。当超声波功率超声珩磨是在普通珩磨的基础上施加了功率通过功率超声珩磨装置传递给油石时，会在液体中引超声振动，具有珩磨力小、珩磨温度低、已加工表面起一种特有的、复杂的物理现象——空化效应。空化质量

7、和加工精度高等优点。当一定声压的超声波传效应会产生大量的空化泡，这些空化泡不断地生递给珩磨油石时，油石表面产生了高频振动。这种高长、膨胀以及崩溃，当空化泡溃灭时，液体中会产生频振动一方面使油石产生了脉冲切削，另一方面油石瞬时的高温、高压并且释放大量的能量，大幅提高挟带着超声振动不断地在珩磨液中传播。当超声波的功率超声珩磨的加工效率。由于空化效应的这些特声压幅值大于液体的静压力时，珩磨液中就发生了空点，它被广泛地应用在超声碎石、声化学以及超化效应，并产生大量的空化泡。这一点已经在功率超声波清洗中。目前，国

8、内外对空化效应的研究主要声珩磨加工钕铁硼材料的试验中得到了证明。是从空化效应所产生的效应出发，通过实验定性地对2空化泡的动力学模型超声场进行研究，或在微观上对气泡动力学进行理论对于空化泡的动力学模型，国内外的学者已经有分析，作者就是从微观的角度对功率超声珩磨中的了一定的研究。1917年英国力学家LordRayleigh首空化效应进行研究。次建立了单个空化泡的动力学模型Rayleigh方程。由于功率超声珩磨加工环境复杂，其产生的空化其后，各国