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1、2.超声波加工2.1.超声波加工的根本原理和特点1超声涉及其特性i通常是指频率高于16kHz以上的一切频率；超声波是指频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波。Iii上限频率取决于发生器，实践运用的上限频率是5000MHz的范围以内；iii可以在气体、液体和固体介质中传播；iv由于其频率高、波长短、能量大，所以传播时的反射、折射、共振及损耗等景象更显著；2.1.超声波加工的根本原理和特点1超声涉及其特性i超声波能传送很强的能量超声波的主要性质：II超声波的作用主要是对其传播方向的物体施加压力；通常用声压的大小来表示超声波的强度，传播的动摇能量越强，那么压力越大；能量密度可达100W/cm2以上，在
2、液体和固体中的超声波强度、功率和能量密度要比空气中的高千万倍；2.1.超声波加工的根本原理和特点1超声涉及其特性ii超声波的空化作用超声波的主要性质：II当超声波经过液体介质传播时，将以极高的频率压迫液体质点振动，产生正、负交变的压力变化，液体中的气体在此脉冲压力作用下，会破开而发生冲击波，部分产生极大的冲击力、瞬时高温、物质的分散、破碎及各种物理化学景象。2.1.超声波加工的根本原理和特点1超声涉及其特性iii超声波的反射、折射超声波的主要性质：II超声波经过不同介质时，发生反射和折射景象；能量反射的大小取决于两种介质的波阻抗；垂直入射时，水中的超声波几乎不向空气中传播；2.1.超声波加工的
3、根本原理和特点1超声涉及其特性iv超声波的衍射超声波的主要性质：II设换能器是一小圆片，可以把其外表上的每一个点看成一个振源，辐射出一个半球面子波，子波没有指向性；分开换能器的空间的一点的声压是无数个子波的叠加，无指向性；当圆片的半径比波长长时，圆盘中心的法向方向的声强极大，有锋利的指向性；2.1.超声波加工的根本原理和特点1超声涉及其特性v超声波的干涉和共振超声波的主要性质：II超声波在一定的条件下，会产生波的干涉和共振景象；当超声波从弹性杆一端传向另一端时，在杆的端部发生波的反射；杆中各质点的是两种波的叠加；为了使弹性杆大振幅共振形状，应将弹性杆设计成半波长的整数倍，固定弹性杆的支撑点选择
4、在波节处；2.1.超声波加工的根本原理和特点2超声加工的根本原理超声波加工是利用工具端面的超声振动，经过磨料悬浮液加工脆硬资料的一种成型方法。越硬的资料，遭到的破坏越大。工具端的超声振动迫使悬浮液中的磨粒冲击被加工外表，同时，冲击波和空化作用加剧了资料的破坏；2.1.超声波加工的根本原理和特点3超声加工的特点适宜于加工各种脆硬资料，特别是不导电的非金属资料；I工具可用较软资料制呵斥复杂外形，因此工具与工件之间可以不做复杂的相对运动，因此，设备构造简单；II工件外表的切削力、切削热很小，不会引起变形和烧伤，外表粗糙度较低；III2.2.超声波加工设备超声波加工机床超声发生器超声电源超声振动系统机
5、床本体任务液及循环系统和换能器冷却系统超声换能器变幅杆工具任务头加压机构及任务进给机构任务台及其位置调整机构磨料悬浮液循环系统换能器冷却系统2.2.超声波加工设备1超声发生器将工频交流电转变为有一定功率输出的超声频振荡，以提供工具端面往复振动的机械能。i可靠性好、效率高、构造简单本钱低；作用：I根本要求：IIii功率和频率在一定范围内延续可；iii共振频率自动跟踪和自动微调功能；种类：电子管式、晶闸管式、晶体管式；III组成：振荡级、电压放大级、功率放大级及电源；II2.2.超声波加工设备2声学部件将超声发生器的高频电能转化为机械能，使工具端面作高频小幅振动进展加工。i换能器：将高频电振荡转变
6、为机械振动；作用：I组成：II压电效应超声换能器：利用压电效应的可逆性；磁致伸缩效应换能器：铁、钴、镍及其合金的长度能随着所处的磁场强度的变化而伸缩；2.2.超声波加工设备2声学部件ii变幅杆：经过一个变截面的杆将振幅扩展；组成：II变幅杆可以制成单一外形的如指数形、圆锥形、阶梯形，也可以是复合外形圆柱形复合、高斯形变幅杆、傅立叶形变幅杆；超声波在金属杆内主要以纵波方式传播，引起杆内各点沿波的前进方向普通按正弦规律作往复振动，并以声波传导到工具端面，使工具端作超声振动；2.2.超声波加工设备2声学部件iii工具：使悬浮液中的磨粒和液体以一定的能量作用与工件；组成：II工具的外形和尺寸决议被加工
7、外表的外形和尺寸；当加工面积小或批量较少时，工具和变幅杆可以做成一体，否那么可将工具用锡焊或螺纹联接固定在变幅杆断面；声学部件的联接应接触严密，联接处涂以凡士林油，不允许存在空气，声学部件应选在“节点处固定支撑在机床上；III2.2.超声波加工设备3机床i声学组件组成：Iii工具进给系统iii磨料保送系统iv超声发生器v加工压力调整机构2.2.超声波加工设备4磨料悬浮液i氧化铝：磨损快，适宜加工玻璃、锗和陶瓷；常用磨料：Iii碳化硼：价钱贵，适宜加工硬质合金、工具钢和宝石；iii碳化硅：用途广；iv金刚砂：适于加工金刚钻和红宝石；i粗级磨粒用于粗加工；磨料粒度：2002000#IIii细级磨粒
8、用于精加工；外表粗糙度由工件资料、工具外表粗糙度、振幅、粒度和有效悬浮液的循环来控制2.2.超声波加工设备4磨料悬浮液i在工件和工具间起到传声器的作用；悬浮液中的液体的作用：IIIii有助于工具与工件间能量的有效传送；iii起冷却剂的作用；iv提供一种为把磨料带到切削区的介质；v有助于去除钝化的磨料和切削；2.2.超声波加工设备4磨料悬浮液i密度与磨料的密度大致相等；优质悬浮介质的特性：IVii有好的润湿性浸湿工具、工件和磨料；iii有高的热导率和比热容来有效的带走切削区的热量；iv粘度低，以便于磨料沿着工具和工件之间孔隙边下落；v无腐蚀性以防止腐蚀工具和工件；经常把参与某种防腐剂的水作为液体
9、介质。2.3.加工速度、精度、外表质量及其影响要素1加工速度及其影响要素加工速度资料去除率：单位时间内资料去除量。工具的振幅和频率的影响I增大振幅和频率可以提高加工速度，但是会降低声学系统的寿命，外表粗糙度值增大；2.3.加工速度、精度、外表质量及其影响要素1加工速度及其影响要素i可以用工具振动的振幅控制磨粒的最正确尺寸，磨粒尺寸与振幅大小类似时，到达最正确条件；磨粒直径的影响II1级：小于实践尺寸的工具，高频率，粗磨粒；ii磨粒尺寸对工件外表粗糙度影响较大；iii磨粒的大小决议了型腔轮廓的精度；2级：小于实践尺寸的工具，高频率，较细磨粒；3级：等于实践尺寸的工具，低频率，细磨粒；2.3.加工
10、速度、精度、外表质量及其影响要素1加工速度及其影响要素i切削速度随作用在工具上的静载荷的添加而到达最大值；施加静载荷的影响IIIii极致点随着振幅和工具的横截面积的变化而变化；iii实验阐明，外表粗糙度很少受静载荷的影响；2.3.加工速度、精度、外表质量及其影响要素1加工速度及其影响要素i添加悬浮液的浓度可以提高切削速率；悬浮液、工具资料和工件资料的影响IVii资料去除率随粘度的添加而急剧下降；iii增大悬浮液注入压力可以大大提高去除率；iv工具外表的外形影响切削速率的最大值；v脆性的非金属工件资料有较高的切除率；窄的矩形工具比等面积的正方形工具有更大的切削速率极值；2.3.加工速度、精度、外
11、表质量及其影响要素2加工精度i孔加工的最小直径：孔加工范围Iii圆孔的加工误差主要是圆柱度，采用工具或工件旋转方式加工可以提高精度和消费率；超声加工精度除了受机床、夹具精度的影响外，主要与磨料粒度、工具精度及磨损情况、工具的横向振动，加工深度、工件资料性质有关。孔加工精度II2.3.加工速度、精度、外表质量及其影响要素2加工精度i切削速度低；超声加工的缺陷IIIii工具的磨损影响加工精度；iii因工具中心有效磨粒少，悬浮液分布不当，型腔底部平面度较差；iv工具截面重心不在中心线上而产生横向振动，影响外表加工精度；v静载荷和振幅引起孔底部有“劈开的倾向；2.4.超声加工的运用1型孔、型腔加工对脆
12、硬资料加工圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等；2.4.超声加工的运用2切割加工切割脆硬的半导体资料2.4.超声加工的运用3超声清洗主要是基于超声频振动在液体中产生的交变冲击和空化作用；主要用于喷油嘴、喷丝板、微型轴承、仪表齿轮、手表整体机芯、印刷电路板、集成电路微电子器件的清洗；2.4.超声加工的运用4焊接加工利用超声频振动作用，去除工件外表的氧化膜，显显露新的本体外表，在两个被焊外表分子的高速振动撞击下，摩擦发热并亲和粘接在一同；可以焊接尼龙、塑料、铝制品，并且可以在陶瓷等非金属外表挂锡、挂银、涂覆熔化的金属薄层；2.4.超声加工的运用5超声波在冶金中的运用主要运用于控制结晶过程，添加分散和分
13、散作用以改善资料的性能，其中最显著的作用是细化晶粒；在液态金属中参与超声波可以添加晶核和破碎晶粒，空化作用还能导致部分超冷，有利于构成新的晶核；超声振动不仅细化宏观组织和用等轴组织构造替代板状构造，而且还细化微观组织；超声波的“乳化作用可以使不同相金属细密的混合在一同；2.5.超声振动切削加工1振动切削的分类i自激振动切削：利用切削过程中产生的振动进展切削；按振动性质分：I传统切削加工难以加工新型资料；振动切削的本质是在传统的切削过程中给刀具或工件施加某种有规律的振动，使进给速度、进给量和切削深度按照一定规律变化；振动切削改动了工具与工件之间的空间时间存在条件，从而改动了加工机理，到达减少切削
14、力和切削热，提高加工质量和效率的目的。ii强迫振动切削：设置振动安装使刀具或工件产生有规律的振动；2.5.超声振动切削加工1振动切削的分类i高频振动切削：频率高于16kHz，利用超声波原理实现；按振动频率分：IIii低频振动切削：频率低于200Hz，主要靠机械安装实现；2.5.超声振动切削加工1振动切削的分类i吃刀抗力方向；按振动方向分：IIIii进给抗力方向；iii主切削力方向；根据需求选择振动频率和方向，主切削力方向的振动效果最好；2.5.超声振动切削加工2振动切削的工艺效果切削力小I切削速度的大小和方向产生周期性的变化，这种变化改动了整个工艺系统的受力情况；切削温度低II由于刀具和工件摩
15、擦副的摩擦系数大幅度降低，且切削力与切削热都以脉冲方式出现，使切削热的平均值大幅下降；振动切削过程是分别型断续切削，切削热是以脉冲方式变化，在极短的切屑构成过程中，热量来不及传送到更深的金属内部，所以切削温度的绝对值是比较低的；2.5.超声振动切削加工2振动切削的工艺效果外表质量好III破坏了产生切削瘤的条件，并且切削力和切削热小，使加工外表的粗糙度和几何精度大幅度提高；振动切削提高了工艺系统的刚度，加强了切削过程的动态稳定性，减轻或者消除了普通切削时的振动景象；i尺寸精度ii外形精度和位置精度iii外表的耐磨性和耐腐蚀性外表构成花格网状花纹，油膜附着力较强；2.5.超声振动切削加工3振动切削
16、机理的主要观念摩擦系数降低实际Ii超声振动能使相互接触的资料的动、静摩擦系数降低；ii冷却液充分发扬光滑作用；iii在前刀面生成氧化膜降低摩擦系数；剪切角增大实际II工件的刚性化实际III应力和传送能量集中的观念IV2.5.超声振动切削加工3振动切削机理的主要观念切削速度对切削发生影响的观念Vi振动切削实践上提高了切削速度；ii超声振动切削硬化层较薄；iii超声振动引起工件硬化得到适宜的切削硬度；相对净切削时间实际IV2.5.超声振动切削加工4超声振动切削对切削过程的影响周期性地改动了实践切削速度的大小和方向；周期性地改动了刀具的运动角度；改动了刀具任务外表的接触条件，减少了切屑构成区的的变形
17、，降低了切削力；周期性地改动被切金属层厚度；改动了所加载荷的性质，使刀具由静载荷变成动载荷；改动了已加工外表的构成条件，从而改善了外表质量，提高加工精度；改善了切削液到达切削区的条件；改动了工艺系统的动态稳定性，从而得到振动切削的消振效果；改动了耗费在切削过程中的功率，使能量分布发生变化；2.5.超声振动切削加工5振动切削的运用小孔振动镗削I2.5.超声振动切削加工5振动切削的运用枪钻的特点及其在振动钻孔中的运用IIi枪钻2.5.超声振动切削加工5振动切削的运用枪钻的特点及其在振动钻孔中的运用IIi枪钻2.5.超声振动切削加工5振动切削的运用枪钻的特点及其在振动钻孔中的运用IIii超声波振动钻
18、孔切削变形很小，切削硬度与母体相当，便于排屑；切屑与刀具、已加工外表间摩擦系数小，便于排屑；切屑对前刀面的加速度很大，腾跃式的前进；2.6.磨料放射加工1根本原理利用微细磨料与高压下的空气或某种气体混合而成的一种放射流，放射流利用专门设计的喷嘴射向工件外表，依托磨粒的高速撞击工件外表所构成的侵蚀作用来切除金属或其他资料。2.6.磨料放射加工2去除速度和加工精度磨料的类型和尺寸、喷嘴口径、构造尺寸、喷嘴与工件外表间隔、放射速度等。影响去除率的要素：I2.6.磨料放射加工2去除速度和加工精度i切除注入模制件的毛刺和分型线；运用：IIii对塑料、尼龙和聚四氟乙烯零件清理毛刺和抛光；iii清理模腔、交
19、叉孔、窄槽和螺纹去毛刺；iv切割玻璃、耐火资料、陶瓷和云母等脆硬资料；v剥离绝缘层和清理导线；vi加工磨砂玻璃、微调电路板和清理硅、锗外表；vii制造混合电路电阻和微调电容；2.6.磨料放射加工2去除速度和加工精度i可以加工截面细薄的脆性资料；特点：IIIii产生热量少，不产生显著的外表损伤；iii本钱低、功率耗费低；iv切除韧性资料的效率低；2.7.水射流切割加工1水射流切割加工根本原理利用超高压水或水与磨料的混合液对工件进展切割或打孔，又称高压水切割，或“水刀。i纯水射流切割：喷嘴磨损慢，切割才干较低，适于切割软质资料；水放射加工安装表示图喷嘴阀控制器蓄能器供水器过滤器泵增压器液压安装排水
20、器工件射流dii磨料射流切割：喷嘴磨损快，构造复杂，适于切割硬质资料；2.7.水射流加工2资料去除速度和加工精度切除速度主要受工件资料决议，并与功率大小成正比，和资料厚度成反比；I加工精度受机床精度的影响，切缝比喷嘴口径大0.025mm；II切边质量受资料性质的影响很大，塑性好的资料可以得到高质量的切边；III水中参与添加剂能改善切割性能和减少切缝宽度；IV压射间隔越小，切口斜度越小；V2.7.水射流加工3水射流切割加工设备组成主要包括增压系统、蓄能器、喷嘴、控制系统及辅助系统；I喷嘴阀控制器蓄能器供水器过滤器泵增压器液压安装排水器工件射流d2.7.水射流加工3水射流切割加工设备组成喷嘴：II
21、 工程 资料 孔径/mm 至工件间隔/mm 放射角度/ 参数金刚石，蓝宝石，淬火钢0.0750.42.550030喷嘴资料及任务条件2.5.水射流加工4水射流切割加工运用i几乎适用于加工一切资料；水射流切割加工的优点：Iii切口平整，无毛边和飞刺；iii切削无火花，不会引起工件表层组织的变化；iv加工清洁，无空气污染；v减少刀具预备、刃磨和设置刀偏量等任务，缩短调整时间；2.7.水射流加工4水射流切割加工运用i提高水射流设备的可靠性和寿命，特别是增压器和喷嘴的寿命；水射流切割加工的开展IIii优化工艺参数，进一步提高任务效率，减少磨料耗费和降低能耗；iii开展智能控制，使工艺参数能在线自顺应调整；iv不断扩展水射流切割的运用范围；
