超声振动珩磨技术是一种难加工材料的有效处理方法,磨削液在超声作用下会产生空化现象。空化泡的振动过程、溃灭瞬间的高温高压物理环境以及随之产生的微射流和冲击波都会对材料表面产生不可忽略的影响。本论文针对磨削区的单空化泡,结合空化泡动力学相关理论,采用理论建模、数值仿真和试验分析等方式,研究了单空化泡运动过程中各参量的变化情况,并探究了多种因素对单空化泡运动的影响。主要的研究内容和结论如下:1.在前人研究基础上,考虑煤油蒸气的冷凝与蒸发和珩磨加工环境的特点,建立了超声振动珩磨磨削区单空化泡的动力学模型,运用Matlab软件对空化泡运动过程中的气泡半径、泡内温度、泡内压强和煤油蒸气分子数进行了数值模拟,结果表明煤油蒸气的冷凝与蒸发能够有助于解释泡内温度和泡内压强的变化过程。2.通过比较传统超声与超声振动珩磨两种环境、不同初始半径下磨削区空化泡状态参量的变化情况,发现由于珩磨压力的存在,超声振动珩磨下的空化泡运动幅值受到较大抑制,但运动变化频率却加快,泡内压强与温度的最小值较大,同时泡内煤油蒸气分子数较少;随着空化泡初始半径的增大,气泡半径快速膨胀的时刻提前,最大膨胀倍数减小,压缩溃灭时间也相应缩短,泡内压力和温度的最大值变大,泡内煤油蒸气分子数增多。3.研究超声珩磨和外界环境因素对空化泡运动过程的作用,结果表明珩磨压力、煤油液粘性和超声频率有较大影响,而珩磨头的回转和往复速度几乎没有影响。珩磨压力的增大会显著减小空化泡的最大半径,还可能将空化泡直接压溃;煤油粘性系数越大,空化泡膨胀的阻力越大,半径的变化越小;超声波频率越高,超声作用时间越短,空化泡越难以充分生长,半径将变小。4.探讨不同外界声场激励下空化泡的运动状态,与单频激励(正弦信号)相比,发现多频激励下的空化泡会经历更为平缓的生长过程,半径变大;不同的多频激励相位差组合,会随机地改变空化泡的运动过程;三角波的功率较小,输入的声场能量也较少,致使空化泡半径略小,而方波正好与三角波相反。5.采用水听器法测量了超声珩磨磨削区的空化声场,结果表明随着水听器探头与变幅杆距离的不断增大,测得的空化声压值逐渐减小;增大超声波发生器的功率,声压值明显升高。利用铝箔腐蚀法研究了空化效应对材料表面的空蚀作用,铝箔表面会出现许多大小不一的空蚀坑;增大功率,减小铝箔与变幅杆的横向距离,空蚀坑变密集,声压值越大的地方,空化效应越剧烈。