超声振动粉碎系统是利用超声波的高频振动和能量集中特点,通过变幅杆将超声换能器转换的微弱振幅放大,直接作用于物料颗粒,对其进行高频撞击,达到粉碎目的。本文在前人研究的基础上,通过解析法设计了具有圆锥过渡阶梯形变幅杆的超声振动粉碎装置,通过建立三维模型,利用离散元仿真软件EDEM对物料颗粒的粉碎过程进行了模拟,验证了利用仿真进行粉碎处理的可行性,通过仿真实验研究了振动频率、颗粒粒径、颗粒材料对超声振动粉碎效果的影响,并优化了特性参数,对颗粒的粉碎具有一定指导意义。本文通过仿真实验研究得出最优参数后,用实验装置在最优条件下进行加工实验,验证仿真实验的正确性,对仿真无法确定的参数进行分析处理,确定最优参数,具有一定的实用价值和理论指导。所做工作主要分为以下几方面:1.简述粉体在国民经济各领域的应用,粉体制备的发展和国内外研究现状;论述超声加工技术的发展过程和国内外研究现状,超声振动粉碎的应用及发展,利用超声振动来进行超细粉碎具有一定的研究价值。2.探究粉体的相关性质,以及颗粒的几何性质;简述粉碎的相关理论,包括粉碎方法和相关力学性能、功耗学说、单颗粒粉碎模型;阐述超声振动粉碎的原理,根据相关理论建立超声振动粉碎系统,简述装置各个部分的作用。3.利用三维建模软件建立超声振动装置模型,基于EDEM软件,运用Hertz-Mindin with bonding接触模型,以小颗粒群粘结近似代替大颗粒的方式,对超声振动粉碎颗粒过程进行了模拟,得到了在高频振动下颗粒粉碎过程云图,得到了粉碎前后颗粒间粘结键变化图,证明了仿真的可行性。4.根据粉碎前后粘结键的变化来判断粉碎效果,设计了超声频率、颗粒粒径、颗粒材料对粉碎效果的影响试验,并绘制各因素下振动过程云图和粘结键变化图。得到粉碎效果随超声频率的增强而逐步提高,之后趋于稳定的结果;超声振动粉碎装置的最优作用范围一定,颗粒粒径过大过小都无法取得良好的粉碎效果;颗粒材料对粉碎效果也有一定的影响,该装置适用于粉碎硬脆性材料,粉碎效果随硬度的增强而降低。5.以硅砂为试样,利用超声振动粉碎系统进行可行性粉碎实验,分别进行超声功率、颗粒粒径、颗粒材料三组实验,利用激光粒径测量仪测量粉碎前后颗粒粒径分布,得出实验结果,与仿真结果进行对照,得到在超声频率38 kHz,功率2000 W,颗粒粒径200-500μm范围内的高硬度颗粒粉碎效果最好。通过不同物料颗粒粉碎后的电镜扫描图对超声振动粉碎机理进行了简要说明。