Page 220 - 《应用声学》2023年第2期

408 2023 年 3 月

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20400 21000 22500
20200 21000 20500 22000
20000 20500
f⊳Hz 19800 f⊳Hz 20000 f⊳Hz 20000 f⊳Hz 21500
21000
19600
19400 19500 19500 20500
19200 19000 19000
19000 20000
18800 18500 18500 19500
56 61 66 55 60 65 70 0 20 40 60 0 20 40 60
L /mm L /mm L /mm L /mm
(a) ܸቫ᫂एஈԫ (b) ࠵ቫ᫂ए (c) ͜૝ీ᫂ए (d) பയ˗ॷᡰ࠵ቫ᭧ᄊᡰሏ

图 3 单因素变幅杆结构参数对纵 -扭振动频率的影响
Fig. 3 Influence of structure size on frequency of stepped horn

表 1 YG8 硬质合金材料的性能
ขР
Table 1 YG8 properties of cemented car-
bide materials

抗弯强度 冲击韧性 密度/
牌号 硬度/HRA
σ bb /MPa σ K /(J·cm −2 ) (g·cm −3 )
YG8 89 1500 2.5 14.5∼14.9
图 4 变幅杆模型
Fig. 4 The model of horn

y
x
z
图 6 工具头
Fig. 6 The head of tool
图 5 变幅杆纵 -扭谐振振型图
Fig. 5 The of vibration mode diagram of horn

1.2 超声滚压系统集成装配
在加工过程中工具头被附着高频振动，1 s内与
工件发生约 2 × 10 次高频冲击且与工件存在滚动
4
磨擦，所以工具头的材料需具有高强度、耐冲击和
耐磨等特性，选择硬质合金 YG8 作为材料，其性能
图 7 声学系统
见表 1；执行装置为便于实现滚压和扭转，工具头使
Fig. 7 The acoustic system
用球面圆柱椭圆体 (如图 6 所示)：厚度 5 mm，滚轮
的滚动中心孔 ϕ6 mm，圆柱椭圆体为 SR = 18 mm 1.3 声学系统测试
的球面。工具头与变幅杆采用销钉过盈配合联结， 使用 Impedance Analyzer PV70A 阻抗分析仪
然后将超声波发生器、换能器和装配工具头的变幅 进行声学系统阻抗分析，变幅杆、20 kHz 换能器和
杆集成得到纵 -扭谐振超声滚压声学系统，如图 7 工具头集成的声学系统的谐振频率为 19.308 kHz，
所示。 结果如图8所示。