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原文传递超声波清洗连杆小头孔衬套缝隙的声场数值模拟及工艺研究

论文题名：	超声波清洗连杆小头孔衬套缝隙的声场数值模拟及工艺研究
关键词：	汽车发动机连杆;小头孔衬套缝隙;超声波清洗;声压场;声流场;分布规律
摘要：	国六机动车污染物排放标准实施后，对汽车发动机核心零部件的加工和装配精度有了更高的要求。发动机连杆作为汽车发动机的关键零部件，也需要进一步提高加工质量，而连杆的总成清洗工序作为生产加工的重要一环，清洗后工件的清洁度对最终成品的质量产生很大影响。国六排放标准实施后，在更高的清洁度要求下，企业通过目前的总成清洗工艺清洗出来的部分连杆清洁度未能满足要求，需要后续人工手持高压喷淋枪对连杆特定位置进行单独补充清洗。因此，继续研究开发发动机连杆超声波清洗工艺，提高连杆清洁度和清洗效率，对保证成品的质量稳定性具有重要意义。　　本文根据现有的超声清洗方式，设计出针对连杆小头孔衬套缝隙的超声清洗工艺新方法，解决企业所面临的新清洁度标准下连杆小头孔衬套缝隙清洗难度大、效率低的问题。主要研究工作包括：　　（1）分析发动机连杆污染物来源以及企业现有清洗工艺，得出其工艺目前无法有效清洗连杆小头孔衬套缝隙内部杂质。基于超声波清洗相关理论及原理，提出针对连杆小头孔衬套缝隙的聚能式超声清洗工艺方案，并设计和搭建超声清洗系统实验平台。对超声振子进行模态仿真，分析振型优化工具头结构，验证振子设计的合理性。　　（2）通过数值模拟建立超声清洗连杆小头孔的声场模型，探究不同的工艺参数下声压场及声流场的分布规律，仿真结果表明在工件缝隙周围的声压场及声流场分布并不能很好地激发超声清洗作用，声能利用率较低，聚能性有待提高，对于毛刺类难清洗杂质的清洗效果可能欠佳。对声场进行改进优化，在工件内外侧各添加对应尺寸的内外套筒，通过筒壁对声波的反射，限制声场的分布，有效地将声压集中到缝隙处，以提高缝隙处的清洗能力和效率，同时避免工件内孔壁面出现声压集中，过度空化破坏装配表面。但使用?55-?85套筒会使工具头内侧与内套筒外壁距离过窄导致声压集中，对两者造成空蚀破坏，缩短使用寿命。因此进一步优化声场，扩宽工具头内侧与内套筒的距离，采用?45-?85套筒，仿真表明可有效缓解因两者距离过小导致的声压集中问题，改善了声压场和声流场的分布。通过铝箔腐蚀试验验证了声场的分布，证实了使用套筒限制声场起到了优化效果，且使用?45-?85套筒比使用?55-?85套筒的声空化蚀除效果更好。　　（3）搭建了超声清洗试验平台，并设计了杂质及粘附物的处理方法和试验方法，实现量化试验指标。使用高速摄影仪拍摄空化云的形成及运动过程、单颗粒及颗粒团清洗过程，探究其清洗机理，并将试验现象与连杆小头孔衬套缝隙内杂质的清洗作类比分析，验证超声清洗方案的可行性。对不同工艺参数进行单因素试验，探究其对清洗效果的影响规律，并通过正交试验对工艺参数进行优化，得到一组最佳清洗工艺参数：振幅15%、清洗时间120s、工具头没入深度15mm、工具头与工件距离5mm。并用这组最优的工艺参数对发动机连杆进行清洗试验，清洗后缝隙内无杂质颗粒，证实最优工艺参数满足实际生产要求。
作者：	黎俊贤
专业：	机械工程
导师：	王冠;刘赞丰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2023