1、磨料水射流加工技術(shù)作為一種新型的特種加工技術(shù)，具有切削力小，無(wú)熱影響區(qū)，加工效率高，適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)，特別適合加工脆性、超硬等難加工材料。本研究提出將超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)作為一種輔助的動(dòng)力源引入磨料水射流拋光加工中，以提高磨料水射流拋光的效率和質(zhì)量。因此，本文研制了超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)動(dòng)力工作臺(tái)，研究了超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)輔助磨料水射流中工藝參數(shù)對(duì)材料去除率的影響規(guī)律，優(yōu)化了拋光加工工藝，為超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)輔助磨料水射流拋光技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　研

2、制了超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)動(dòng)力工作臺(tái)。提出采用羊角形實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的設(shè)計(jì)方案，工作臺(tái)由超聲波發(fā)生器、超聲換能器、超聲變幅桿、底座四部分組成。設(shè)計(jì)了構(gòu)成羊角形扭振結(jié)構(gòu)的兩類(lèi)超聲變幅桿:圓錐形過(guò)渡段階梯形縱振動(dòng)超聲變幅桿和階梯形扭轉(zhuǎn)振動(dòng)超聲變幅桿，并對(duì)設(shè)計(jì)的超聲變幅桿進(jìn)行了模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析。設(shè)計(jì)了工作臺(tái)上工件的固定結(jié)構(gòu)。完成了工作臺(tái)的研制，該工作臺(tái)的功率為1000W，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的線切變位移為20μm。經(jīng)過(guò)測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，完全能滿足本研

3、究的實(shí)驗(yàn)要求。
　　通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)研究的方法，揭示了超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)磨料水射流沖蝕作用的影響。理論分析了施加超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)單顆粒磨料沖蝕動(dòng)能的影響，得出施加超聲扭轉(zhuǎn)后能夠提高單磨料粒子沖蝕動(dòng)能的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)研究了超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)磨料射流沖蝕作用力的影響，實(shí)驗(yàn)表明施加超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)使磨料水射流沖蝕作用力呈現(xiàn)波動(dòng)特性，磨料水射流沖蝕作用力的峰值得到提高。實(shí)驗(yàn)研究了超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)輔助磨料水射流加工過(guò)程中磨料水射流參數(shù)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)參數(shù)對(duì)氧化鋁和氮

4、化鋁陶瓷材料去除率的影響規(guī)律。結(jié)果表明，氧化鋁陶瓷和氮化鋁陶瓷材料去除率隨著沖蝕角度、射流壓力、振幅的增大而增大，隨著靶距、磨料粒度的增大而減小。
　　采用單因素實(shí)驗(yàn)法和正交實(shí)驗(yàn)法，研究了氧化鋁和氮化鋁陶瓷材料平面和直槽拋光中，超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)輔助磨料水射流工藝參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響，優(yōu)化了拋光加工工藝。結(jié)果表明，當(dāng)工件材料為氧化鋁陶瓷時(shí)，氧化鋁陶瓷平面拋光最優(yōu)的工藝參數(shù)組合為:振幅20μm，沖蝕角度10°，靶距15mm，射流壓力10

5、0MPa，磨料粒度2500＃，橫移速度2mm/s;氧化鋁陶瓷直槽拋光最優(yōu)的工藝參數(shù)組合為:磨料粒度2500＃，沖蝕角度10°，射流壓力80MPa，振幅20μm。當(dāng)工件材料為氮化鋁陶瓷時(shí)，氮化鋁陶瓷平面拋光最優(yōu)的工藝參數(shù)組合為:振幅20μm，沖蝕角度10°，靶距10mm，射流壓力80MPa，磨料粒度2500＃，橫移速度3mm/s;氮化鋁陶瓷直槽拋光最優(yōu)的工藝參數(shù)組合為:磨料粒度2500＃，沖蝕角度10°，射流壓力80MPa，振幅20μm。

6、
　　實(shí)驗(yàn)研究了超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)在磨料水射流拋光中所起的作用。通過(guò)對(duì)氧化鋁和氮化鋁兩種陶瓷材料拋光后的表面微觀形貌進(jìn)行分析可知，超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)在磨料水射流拋光中起到了三個(gè)作用:一是提高材料的去除率;二是改變磨料粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，改善了拋光紋理的方向性;三是提高硬脆材料的臨界切削深度。同時(shí)實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)，與高壓相比，低壓沖蝕條件下超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的作用更加顯著。
　　本文研究結(jié)果表明，超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)解決了磨料水射流拋光硬脆材料加工能力不足的