隨著制造業(yè)的蓬勃發(fā)展,各種新型裝備的研制對(duì)零件提出了更高的性能要求。零件的疲勞壽命和耐磨性提升對(duì)提高關(guān)鍵零件性能起著至關(guān)重要的作用。超聲表面光整強(qiáng)化技術(shù)將超聲振動(dòng)和表面光整強(qiáng)化工藝相結(jié)合,能夠大幅提高加工效率和質(zhì)量,已經(jīng)成為表面光整強(qiáng)化技術(shù)新的發(fā)展方向。超聲換能器作為該技術(shù)的關(guān)鍵部件,其性能的微小改變會(huì)很大程度上影響加工質(zhì)量,加之加工過(guò)程參數(shù)眾多,通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式優(yōu)化參數(shù)耗費(fèi)巨大。因此,開(kāi)展超聲換能器的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及超聲表面光整強(qiáng)化加工過(guò)程仿真的研究對(duì)提高工藝過(guò)程穩(wěn)定性和加工質(zhì)量尤為關(guān)鍵。本文首先研究了超聲表面光整強(qiáng)化加工的原理及加工系統(tǒng)的組成,根據(jù)超聲表面光整強(qiáng)化加工系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能需求,選擇夾心式壓電超聲換能器作為加工系統(tǒng)的執(zhí)行器件。首先采用解析模型計(jì)算的方法對(duì)換能器進(jìn)行構(gòu)型規(guī)劃,確定換能器初步尺寸參數(shù),為超聲換能器的優(yōu)化設(shè)計(jì)確定參數(shù)范圍。根據(jù)換能器的固定方式及預(yù)壓力的施加要求,研制小型加工實(shí)驗(yàn)臺(tái)。進(jìn)一步,采用有限元方法對(duì)換能器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先根據(jù)解析模型得出的尺寸參數(shù)建立初始有限元模型,利用模態(tài)分析的方法開(kāi)展縱振模態(tài)頻率及機(jī)電耦合系數(shù)對(duì)尺寸參數(shù)靈敏度的研究。選定設(shè)計(jì)頻率為20k ... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1兩種超聲

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-丸對(duì)7075-T651鋁合金材料進(jìn)行加工，觀測(cè)對(duì)比加工后的表面粗糙度值、表面硬化程度和表面殘余應(yīng)力等表面特征參量，如圖1-2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)超聲噴丸加工后金屬材料的表面粗糙度值僅為普通噴丸加工后的35.5%，同時(shí)表面硬化程度略高，并且形成的最大殘余壓應(yīng)力增大了31.9%。（a）彈丸式超聲噴丸（b）沖擊針頭式超聲噴丸圖1-1兩種超聲噴丸原理圖[23]（a）兩種不同處理方式的鋁合金（b）兩種不同處理方式的鋁合金試件顯微硬度試件殘余應(yīng)力圖1-2兩種不同處理方式的表面特征參量變化[26]南京航空航天大學(xué)的閆琳琳[27]設(shè)計(jì)并制作了一套超聲噴丸加工裝置，如圖1-3，基于此裝置對(duì)Q235鋼板試件開(kāi)展超聲噴丸加工實(shí)驗(yàn)，對(duì)被加工材料的顯微硬度及表面殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，并與原始未加工試件的顯微硬度及表面殘余應(yīng)力值作對(duì)比，可明顯看出超聲噴丸加工對(duì)試件的強(qiáng)化作用；隨后通過(guò)觀察被加工試件的成形曲率，發(fā)現(xiàn)厚度為1.5mm的試件比厚度為2mm的試件成形曲率要大，得出在一定范圍內(nèi)，隨著噴丸時(shí)間的增加，試件的成形曲率變大。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-圖1-3閆琳琳自制超聲噴丸裝置[27]超聲噴丸裝置主要由超聲換能器、變幅桿、振動(dòng)工具頭、噴丸室和超聲波發(fā)生器等部分構(gòu)成，變幅桿的設(shè)計(jì)是其中較為關(guān)鍵的一環(huán)。太原理工大學(xué)的王翠英等人[28]通過(guò)解析法設(shè)計(jì)了一種級(jí)聯(lián)式變幅桿，并利用有限元仿真軟件ANSYS分析了其動(dòng)力學(xué)特性。王翠英等研制的超聲噴丸實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)如圖1-4，相較于單一變幅桿，級(jí)聯(lián)式變幅桿的振幅放大比更大，這為超聲噴丸技術(shù)的發(fā)展提供了新的途徑。圖1-4超聲噴丸實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)[28]山東大學(xué)的朱立華[29]運(yùn)用噴丸裝置展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，研究了噴丸時(shí)間、丸粒直徑、沖擊振幅等噴丸加工參數(shù)對(duì)純鈦表面粗糙度的影響，總結(jié)出隨著噴丸時(shí)間間隔的減小，試件表面粗糙度值變大，并且到達(dá)某一值后不再明顯變化；隨著沖擊振幅變大，表面粗糙度值變大；隨著丸粒直徑增大，粗糙度的值變大。

【參考文獻(xiàn)】：
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