23、超声加工中磨料形状及铰削铝合金的研究

超声加工中磨料形状及铰削铝合金的研究

1. 超声加工中磨料形状的影响

在超声加工（USM）过程中，磨料浆特性对加工效果影响显著。以往研究多聚焦于磨料尺寸、材料和浓度，而磨料形状的影响却鲜少提及。下面将从模拟和实验两方面来探究磨料形状对材料去除和磨料磨损的影响。

1.1 SPH模拟方法

采用ANSYS AUTODYN中的SPH处理器构建模拟模型，该软件常用于解决非线性动力学问题。模拟条件如下表所示：
| 模拟条件 | 详情 |
| ---- | ---- |
| 磨料形状 | 卵形、半球形 |
| 磨料材料 | Al₂O₃、SiC |
| 磨料体积 | 116 µm³ |
| 工件材料 | 浮法玻璃 |
| 工具材料 | SS304 |
| 穿透深度 | 1 µm |
| 计算时间 | 5 µs |

模型中，用卵形和半球形且体积相同的磨料分别代表实际USM中棱角状和圆形的磨料。每个模型包含：用Lagrange求解器构建的振动工具、用SPH求解器建模的一个磨料颗粒，以及用SPH和Lagrange求解器构建的工件基底。为减小模型尺寸和计算时间，采用四分之一对称的三维模型。

1.2 SPH模拟结果

模拟模型在Z - X平面的横截面视图显示，不同类型磨料会使工件基底产生不同程度的断裂。使用较硬的SiC磨料时，无论磨料形状如何，都会有中位裂纹扩展到工件材料中；而使用Al₂O₃磨料时，不会出现中位裂纹，仅在工件表面附近产生浅裂纹。

磨料形状对裂纹扩展也有很大影响。对于Al₂O₃和SiC磨料，使用半球形磨料时工件基底的断