Page 105 - 《应用声学）》2023年第5期

第 42 卷 第 5 期 商映举等： 超声滚压中的空化现象 997

图4 表明，经超声滚压后表面粗糙度大幅降低， (4) 在超声滚压中引入空化效应后能够进一步
普通超声滚压降幅为 85.5% ∼ 93.4%，空化超声滚 降低工件的表面粗糙度和提高表面显微硬度。
压降幅为 90.4% ∼ 95.7%；而显微硬度有所提高，普
通超声滚压增幅为 19% ∼ 25.6%，空化超声滚压增 参 考 文 献
幅为 22.1% ∼ 27.3%。从图 4可以看出，随着静压力
[1] Emmanuel S, Chaise T, Boisson N, et al. Modeling of cavi-
的增加，两种加工方式下的表面粗糙度 Ra 值都呈 tation peening: jet, bubble growth and collapse, micro-jet
下降趋势，而显微硬度呈增加趋势。在相同静压力 and residual stresses[J]. Journal of Materials Processing
Technology, 2018, 262: 479–491.
下，空化超声滚压加工获得的工件表面粗糙度更低，
[2] Ye L, Zhu X, He Y, et al. Surface strengthening and grain
而显微硬度更高。 refinement of AZ31B magnesium alloy by ultrasonic cav-
显然，在超声滚压中引入空化效应后可以降低 itation modification[J]. Chinese Journal of Aeronautics,
工件的表面粗糙度和提高工件的表面显微硬度。在 2021, 34(4): 508–517.
[3] 吴博悦, 陈毅, 李建成. 超声清洗装置空化噪声谱分析法空化
超声滚压加工过程中，滚珠周边的切削液不仅可以 噪声级测量 [J]. 应用声学, 2022, 41(2): 318–326.
减小摩擦系数，还可以产生空化射流抛光工件表面 Wu Boyue, Chen Yi, Li Jiancheng. Measurement of cav-
大幅降低工件加工后的表面粗糙度。同时，空泡溃 itation noise level by spectral analysis of cavitation noise
in ultrasonic cleaning device[J]. Journal of Applied Acous-
灭释放的微射流和冲击波对工件表面有一定冲击 tics, 2022, 41(2): 318–326.
作用，可进一步提高工件表面显微硬度。 [4] 孙毅, 黄韶炜, 毛亚郎, 等. 近壁面超声空化微射流对微细颗
对比试验结果还表明，随着静压力增大，不同超 粒的破碎作用 [J]. 中国机械工程, 2019, 30(24): 2953–2960.
Sun Yi, Huang Shaowei, Mao Yalang, et al. Effects of ul-
声滚压加工方式下获得的工件表面粗糙度和显微
trasonic cavitation micro jet-flow on impact fine particle
硬度逐渐接近。这可能是因为随着静压力增大，滚 breakage near rigid walls[J]. China Mechanical Engineer-
珠与工件保持紧密接触，超声振动被抑制。此时，滚 ing, 2019, 30(24): 2953–2960.
[5] 张汉辰, 陈红玲, 杨胜强, 等. 超声空化去毛刺的理论分析及
珠向流场中传递的声压幅值变小，空泡变化速率减
数值仿真 [J]. 应用声学, 2015, 34(2): 119–124.
小，在相同的变化时间内 (一个超声振动周期) 最大 Zhang Hanchen, Chen Hongling, Yang Shengqiang, et al.
半径减小，空化强度变弱，空泡溃灭时产生的冲击波 Theoretical analysis and numerical simulation of ultra-
sonic cavitation deburring[J]. Journal of Applied Acous-
和微射流作用减弱，因此不同超声滚压加工方式下
tics, 2015, 34(2): 119–124.
获得的工件表面粗糙度和显微硬度差值逐渐变小。 [6] 胡炜, 祝锡晶, 叶林征. AZ31B 镁合金功率超声珩磨空化试验
空化超声滚压后工件加工质量的提升也进一 研究 [J]. 工具技术, 2019, 53(1): 31–35.
Hu Wei, Zhu Xijing, Ye Linzheng. Experimental study on
步说明超声滚压加工中引入切削液可以发生空化
power ultrasonic honing cavitation of AZ31B magnesium
效应，空化效应的辅助加工有助于超声滚压加工的 alloy[J]. Tool Engineering, 2019, 53(1): 31–35.
进行，其空化泡溃灭产生的微射流与冲击波效应可 [7] 祝锡晶, 叶林征. 功率超声珩磨空化试验分析 [J]. 机械工程学
以增强塑性变形过程，提升加工后工件的表面质量。 报, 2017, 53(19): 136–142.
Zhu Xijing, Ye Linzheng. Analysis of power ultrasonic
honing cavitation test[J]. Journal of Mechanical Engineer-
4 结论 ing, 2017, 53(19): 136–142.
[8] 梁志强, 马悦, 聂倩倩, 等. 不锈钢微孔超声空化辅助钻削试
(1) 选用水作为切削液时，超声滚压的声压幅 验研究 [J]. 机械工程学报, 2020, 56(1): 205–212.
值至少高于空化阈值一个数量级，在超声滚压中可 Liang Zhiqiang, Ma Yue, Nie Qianqian, et al. Experimen-
tal study on ultrasonic cavitation assisted micro drilling
以产生超声空化。 of stainless steel[J]. Journal of Mechanical Engineering,
(2) 利用染色法试验验证了超声滚压加工过程 2020, 56(1): 205–212.
中产生了空化现象，引入空化效应的超声滚压过程 [9] Beaucamp A, Katsuura T, Takata K. Process mecha-
nism in ultrasonic cavitation assisted fluid jet polishing[J].
可分为超声空化-超声滚压-超声空化3个阶段。
CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2018, 67(1):
(3) 空化超声滚压加工后的工件表面氧元素含 361–364.
量要明显大于普通超声滚压加工后的氧元素含量， [10] Li C, Zhu R, Zhang X, et al. Impact of surface ultra-
sonic rolling on cavitation erosion behavior of 304 stain-
表明引入切削液后在超声滚压加工过程中会产生
less steel[J]. Surface and Coatings Technology, 2020, 383:
空化作用，工件表面产生相对更大的氧化现象。 125280.