纵扭超声滚压6061铝合金的表面粗糙度与微观形貌

为探索提高铝合金表面加工质量的方法,将二维纵、扭超声引入常规滚压中,形成一种新的加工技术。首先使用理论和仿真结合的方法设计制造纵、扭超声变幅杆并验证;然后将换能器、变幅杆、工具头和超声波发生器集成得到二维超声滚压加工装置。以棒料铝合金6061为毛坯进行正交超声滚压试验,结果表明:超声滚压得到的工件表面粗糙度值相比较常规滚压最高减小了53.7%,并且其表面微观形貌更好;随着静压力增大表面粗糙度值呈现增大趋势,随着转速增大表面粗糙度值呈现总体增加趋势,随着进给量增大表面粗糙度值呈现总体减小趋势。

斜槽式单激励纵扭超声变幅杆设计

为实现在纵向单激励超声振动输入条件下获得纵扭谐振输出,基于声波传播理论,设计了一种阶梯型变幅杆,在其输出端增加了一段周向均布6个斜槽的圆环传振杆。首先进行理论设计,然后使用有限元进行分析修正,最后确定变幅杆尺寸。结果表明:理论设计谐振频率20 kHz,仿真分析在19457 Hz时变幅杆能够实现纵扭谐振;根据仿真结果制作变幅杆,阻抗测试结果谐振频率为19884 Hz,与理论值、仿真值误差较小;在输入端加载幅值为5µm的纵向单激励超声振动,测试输出端截面圆周上任意一点,其切向和纵向振幅分别为12.7µm和8.5µm,表明变幅杆实现了纵扭谐振且振幅增强。