超声振动珩磨加工不但使油石磨粒具备了高幅、高频的机械振动,而且还会使磨削液发生空化效应,产生大量的空化泡。空化泡的剧烈振动及其溃灭时释放的冲击波和微射流等效应会源源不断地冲击磨削液和周围的固体边界,这对于珩磨环境的净化、珩磨精度的提高以及珩磨噪声的抑制等具有不可替代的辅助作用。虽然目前国内外学者对于如何利用和控制空化泡振动进行了大量的基础研究,然而空化的影响因素众多,且一般不易在加工过程中进行实时检测,特别是考虑超声振动珩磨的工程环境还会出现一些新的特点,这些都会使得空化的研究变的更为复杂。因此,本文提出从空化机理、不同边界条件下的空化泡动力学、空化泡的非线性振动以及空化强度等方面来研究超声振动珩磨作用下磨削液多空化泡动力学及其非线性振动,主要进行了以下几方面的工作:1.研究了超声振动珩磨磨削环境的空化机理。考虑结构——压电和结构——流体的耦合作用对超声振动珩磨声振系统进行了声场分析,从理论上确定了油石中部位置为空化易发生区域;提出了磨削液“移动性”的空化核、油石壁面“不稳定性”的空化核以及珩磨网纹“固定性”的空化核的概念,同时揭示了磨削液的空化数及空化阈值;基于空化的记忆效应,采用景深显微镜对油石壁面磨削液的空化特征进行了试验观测,发现了磨削液(水和煤油)中网状空化泡群的动态演变规律。2.分析了超声振动珩磨作用下磨削液自由界面的单、双空化泡的动力学特性。通过考虑珩磨头合成扰动速度和珩磨压力,建立了自由边界下单空化泡的动力学模型;发现超声振动珩磨下磨削液较容易出现稳态空化;珩磨压力和液体静压力对磨削液空化主要起抑制作用,合理的控制珩磨压力能够得到瞬态空化转变为稳态空化的临界点。基于速度势叠加原理,建立了自由边界下两空化泡的动力学模型;要想获得良好的空化效果,可选择较高的超声波声压幅值与较低的珩磨压力,并且使超声波声压幅值、珩磨压力和液体静压力满足下列临界关系α<pa–(p0+ph)<β(本算例中α=0.66 MPa,β=1.89 MPa)。通过对比磨削液单、双空化泡动力学特性发现,单、双空化泡的适用范围可以根据声压幅值和磨削液静压力的临界值来确定;评价了超声振动珩磨和传统珩磨下磨削液气泡运动的区别;发现与超声振动珩磨相比,传统珩磨下磨削液的气泡空化行为较弱。3.分析了超声振动珩磨作用下磨削液刚性界面附近单、双空化泡的动力学特性。从自由界面两空化泡动力学模型出发,利用镜像原理,建立了超声振动珩磨下刚性界面附近单、双空化泡的动力学模型;发现超声振动珩磨对自由界面和刚性界面附近的空化泡振动都会起到抑制作用,而且也会抑制刚性壁面附近双空化泡的相互作用;刚性界面附近的空化泡在声压幅值最优值下溃灭最为剧烈,并且该最优值不会受到空化泡相互作用的影响;超声振动珩磨所需要的声压幅值最优值(约5.5 p0)要比超声场下的声压幅值(3.5 p0)高;通过建立空化泡泡溃灭速度和微射流的相互关系发现,通过控制空化泡溃灭速度可以达到间接判断和控制微射流的目的。4.探讨了超声振动珩磨磨削液刚性界面附近单、双空化泡的非线性振动。根据小振幅假设,推导了自由界面与刚性界面附近单、双空化泡的共振频率,振动位移,获得了刚性界面附近空化泡的速度场和压力场分布;通过分析空化泡初始半径、磨削液静压力及泡内含气量对空化泡共振频率的影响发现,探讨磨削液空化泡的共振频率能够实现超声能量与空化泡能量的最佳耦合;刚性界面附近单、双空化泡的共振状态对外界环境参都比较敏感;空化泡贴近刚性界面共振时,其速度场和压力场的最值主要集中在气泡正对着壁面材料内部一个极小的区域;双空化泡的速度场幅值要比单空化泡的低4个数量级,但其压力场幅值要比单空化泡的高2个数量级。5.试验研究了磨削液的空化强度。采用声强测量仪定量测量油石壁面附近不同位置的空化强度发现,磨削液的空化强度主要集中在油石外表面中部附近,且当超声振动珩磨装置共振时,磨削液的空化强度最高;而当超声珩磨装置非共振时,磨削液的空化强度也满足空化泡的动力学规律;提出了粗糙度法间接反映磨削液空化强度的方法,该方法测得的缸套材料表面粗糙度与空化参数存在对应的匹配关系;对磨削液进行铝箔腐蚀法发现,单空化泡溃灭产生的空蚀坑体积要大于两空化泡溃灭产生的空蚀坑;空化泡在铝箔纸表面的冲击强度要远远大于磨粒在铝箔纸表面的冲击强度。