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1、超声波加工技术,制造技术的发展传统制造技术先进制造技术制造业的主要任务：制造人类社会在生产和生活中所需的一切产品。,目录,一：超声波加工的基本原理和特点。二：超声波加工设备及其组成部分。三：超声波加工速度、加工精度、表面质量及其影响因素.四：超声波加工的应用。,一超声波加工的原理与特点,1) 加工原理超声波加工是利用振动频率超过16 000 Hz的工具头，通过悬浮液磨料对工件进行成型加工的一种方法，其加工原理如图1所示,加工原理,当工具以16 000 Hz以上的振动频率作用于悬浮液磨料时，磨料便以极高的速度强力冲击加工表面；同时由于悬浮液磨料的搅动，使磨粒以高速度抛磨工件表面；此外，磨料液受工
2、具端面的超声振动而产生交变的冲击波和“空化现象”。空化现象：P86.,图1 超声波加工原理图,这些因素使工件的加工部位材料粉碎破坏，随着加工的不断进行，工具的形状就逐渐“复制”在工件上。由此可见，超声波加工是磨粒的机械撞击和抛磨作用以及超声波空化作用的综合结果，磨粒的撞击作用是主要的。因此，材料愈硬脆，愈易遭受撞击破坏，愈易进行超声波加工。,旋转超声加工机床,超声波加工样品旋转超声加工是一种复合加工方法，它将金刚石工具的优良切削性能与工具的超声频振动结合起来，是加工硬脆材料的一种较好方法，具有良好的应用前景。,超声波抛光机,2)超声波加工的主要特点,(1) 适合于加工各种硬脆材料。玻璃、陶瓷、
3、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等，也可以加工淬火钢和硬质合金等材料，但效率相对较低。（2）工具材料较软，故易于制成复杂的形状。(3) 加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。表面粗糙度Ra值很小，可达0.2 m，加工精度可达0.050.02 mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的零件。,2)超声波加工的主要特点,(4) 加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。(5) 生产率较低。这是超声波加工的一大缺点。,二 超声波加工设备及其组成,1）超声波加工装置如图2所示。尽管不同功率大小、不同公司生产的超声波加工设备在结构形式上各不相同，但一般都由高频发生器、超声振动系统(声学部件)、机床本体和磨料
4、工作液循环系统等部分组成。,图二 超声波加工装置,超声波设备的组成,2）(1)超声波发生器：将50Hz工频交流电转变为有一定功率输出的超声频电振荡，以提供工具端面往复振动和去除被加工材料的能量。基本要求：输出功率和频率在一定范围内连续可调，最好具有对共振频率自动跟踪和自动微调的功能。还要求结构简单、工作可靠，价格便宜和体积小等。（2）超声波振动系统：超声波振动系统的作用是把超声频电振荡转变为机械振动，是工具端面获得高频率及一定振幅的振动，由换能器、振幅扩大棒及工具组成。,(3) 机床本体和磨料工作液循环系统,超声波加工机床的本体一般很简单，包括支撑声学部件的机架、工作台面以及使工具以一定压力作
5、用在工件上的进给机构等；磨料工作液是磨料和工作液的混合物。常用的磨料有碳化硼、碳化硅、氧化硒或氧化铝等；常用的工作液是水，有时用煤油或机油。磨料的粒度大小取决于加工精度、表面粗糙度及生产率的要求。,三：超声波加工速度、加工精度、表面质量及其影响因素.,1）加工速度及其影响因素 影响加工速度的主要因素有工具的振动频率、振幅、工具作用在工件上的静压力、磨料种类和粒度、磨料悬浮液浓度、供给及循环方式、工具与工件材料、加工面积和加工深度等。 2）加工精度及其影响因素 超声波加工的精度。除受机床、夹具精度影响之外，主要与磨料粒度、工具精度及其磨损程度、工具在横向振动的大小、加工深度、被加工材料性质等因素
6、有关。,3）表面质量及其影响,超声波加工具有较好的表面质量，不会产生表面烧伤和表面变质层。 超声波加工的表面粗糙度值也较小，一般可达Ra=10.1um。超声波加工的表面粗糙度取决于每颗磨粒每次撞击工件表面后留下的凹痕大小，它与磨粒的直径、被加工材料的性质超声波振动的振幅以及磨料悬浮工作液的成分等有关。,四：超声波加工的应用。,超声波加工的生产率虽然比电火花、电解加工等低，但其加工精度和表面粗糙度都比它们好，而且能加工半导体、非导体的脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、锗、硅甚至金刚石等。在实际生产中，超声波广泛应用于型(腔)孔加工(见下图4所示)、切割加工(如图5所示)、清洗(如图6所示)等方面。,
7、图四 ：超声波加工的型孔、腔孔类型,1）型孔、型腔加工,2）超声波切割,对于普通机械加工切割脆硬的半导体材料很困难的，则采用超声波加工较为有效。对于难以用普通加工方法切割的脆硬材料如陶瓷、石英、硅、宝石等用超声波加工具有切片薄、切口窄、精度高、生产率高、经济性好等优点。,图5 超声波切割加工,3）超声波清洗,其原理主要是基于清洗液在超声波作用下产生空化效应的结果。空化效应产生的强烈冲击液直接作用到被清洗的部位，使污物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来。此方法主要用于几何形状复杂、清洗质量要求高而用其它方法清洗效果差的中小精密零件，特别是工件上的深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、窄缝等部位的精清洗，
8、生产率和净化率都很高。目前在半导体和集成电路元件、仪器仪表零件、电真空器件、光学零件、医疗器械等的清洗中应用。,图6 超声波清洗装置,4）超声波焊接,超声波焊接就是利用超声振动作用去除工件表面的氧化膜，使工件露出本体表面，使两个被焊工件表面在高速振动撞击下摩擦发热并亲和粘在一起。它可以焊接尼龙、塑料及表面易生成氧化膜的铝制品，还可以在陶瓷等非金属表面挂锡、挂银，从而改善这些材料的可焊性。,5）复合加工,在超声波加工硬质合金、耐热合金等硬质金属材料时加工速度低，工具损耗大，为了提高加工速度和降低工具损耗，采用超声波、电解加工或电火花加工相结合来加工喷油嘴、喷丝板上的孔或窄缝，这样可大大提高生产率
9、和质量。在切削加工中引入超声波振动即超声振动切削（例如对耐热钢、不锈钢等硬韧材料进行车削、钻孔、攻螺纹时），经过几十年的发展，已经日趋成熟，作为一种精密加工和难切削材料加工中的新技术，可以降低切削力，降低表面粗糙度值、延长刀具使用寿命及提高生产率等。目前，在国内应用较多的主要有：超声振动车削、超声振动磨削、超声振动加工深孔、小孔和攻丝、铰孔等。,6)超声波探伤,超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。,The End,Thanks!,
