針對微型零部件的超聲微擠壓成形過程,對超聲振動平臺的振動特性進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì),研制可實(shí)現(xiàn)工件輔助超聲振動的超聲微擠壓成形系統(tǒng).在對矩形六面體豎直超聲振動模態(tài)進(jìn)行仿真分析的基礎(chǔ)上,通過矩形六面體的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化并設(shè)置一定數(shù)量的圓柱形內(nèi)孔,使得超聲變幅器輻射面可實(shí)現(xiàn)均勻的豎直方。

超聲振動擠壓加工（以下簡稱振動擠壓）過程的力學(xué)模型如圖1所示。擠壓加工時，工具頭在預(yù)壓彈簧的作用下與工件表面相接觸。在超聲波發(fā)生器的驅(qū)動下，工具頭產(chǎn)生縱向超聲振動，對旋轉(zhuǎn)工件的表面進(jìn)行光整加工。在工具頭靜壓力和高頻沖擊力的作用下，工件表面的微觀峰谷被壓平，同時表層金屬產(chǎn)生塑性變形強(qiáng)化，形成壓應(yīng)力，提高了零件表面的耐疲勞強(qiáng)度。利用金屬原子在高溫高能下運(yùn)動的特點(diǎn)，結(jié)合超聲波技術(shù)，給予金屬表面高頻驅(qū)動，對金屬表面進(jìn)行擠壓并光整，可使金屬表面粗糙度達(dá)到Ra0.2以下，甚達(dá)到鏡面效果，同時可提高金屬表面的微觀硬度、耐磨度、疲勞強(qiáng)度、疲勞壽命。圖1振動擠壓加工過程力學(xué)模型超聲振動與磨削過程相結(jié)合對納米ZrO2陶瓷進(jìn)行加工,著重研究多頻率超聲磨削過程中納米ZrO2陶瓷材料的損傷機(jī)理及損傷特征,揭示超聲振動塑性域磨削硬脆材料精密高效的本質(zhì)。主要研究內(nèi)容包括:1）基于波動理論對聲學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,通過有限元方法對其優(yōu)化,研制了不同頻率的超聲振動磨削裝置,給出了結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)振動特性的影響規(guī)律,并通過試驗(yàn)獲取聲學(xué)系統(tǒng)的振動特性。從分析振動頻率、振幅、振動方式等參數(shù)對磨粒軌跡的影響出發(fā),研究了超聲磨削表。

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聲波是物體機(jī)械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。超聲波是指振動頻率大于20000Hz以上的，其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的一般上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。由于其頻率高，因而具有許多特點(diǎn)：首先是功率大，其能量比一般聲波大得多，因而可以用來切削、焊接、鉆孔等。再者由于它頻率高，波長短，衍射不嚴(yán)重，具有良好的定向性，工業(yè)與醫(yī)學(xué)上常用超聲波進(jìn)行超聲探測。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動模式，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲波頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，1兆Hz=10^6Hz,即每秒振動100萬次，可聞波的頻率在HZ之間）。超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律，與可聽聲波的規(guī)律沒有本質(zhì)上的區(qū)別。但是超聲波的波長很短，只有幾厘米，甚千分之幾毫米。與可聽聲波比較，超聲波具有許多奇異特性：傳播特性──超聲波的波長很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播，超聲波的波長越短，該特性越顯。