機(jī)械制造及磨具制造工藝學(xué) 超聲加工

1、第4 4章 超聲加工基本工藝規(guī)律和應(yīng)用超聲加工的設(shè)備超聲加工的特點超聲加工的基本原理1234超聲加工的基本原理超聲加工超聲加工的基本原理的基本原理 什么是超聲加工？什么是超聲加工？ 超聲加工也成為超聲波（高于人耳聽覺頻率上限的振動波）加工。與其他加工方法（電火花加工和電化學(xué)加工）不同的是：其不僅能夠加工硬質(zhì)合金，淬火鋼等脆硬金屬材料，而且還可以加工玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、硅片寶石金剛石等非金屬材料。 二二.原理原理超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動，通過振幅擴(kuò)大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振產(chǎn)生超聲波振動，迫使磨料懸浮液高速

2、地不斷撞擊、拋磨被加工表面使工件成型。 超聲波加工原理圖如下超聲波加工原理圖如下超聲加工的特點超聲加工的特點（1）適合加工硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬）適合加工硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料，對導(dǎo)電才來哦也能加工，但加工生產(chǎn)率較材料，對導(dǎo)電才來哦也能加工，但加工生產(chǎn)率較低。低。（2）工具可用較軟的材料做成復(fù)雜形狀，不需要）工具可用較軟的材料做成復(fù)雜形狀，不需要工具工件作比較復(fù)雜的相對運動，所以超聲加工工具工件作比較復(fù)雜的相對運動，所以超聲加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，操作維修方便。機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，操作維修方便。（3）由于去除加工材料是靠較小的磨料瞬時的局）由于去除加工材料是靠較小的磨料瞬時的局部撞擊作

3、用，從而工件表面的宏觀切削力很小，部撞擊作用，從而工件表面的宏觀切削力很小，切削盈利小，產(chǎn)生熱量少，不會引起變形和燒傷，切削盈利小，產(chǎn)生熱量少，不會引起變形和燒傷，粗糙度可以很小，精度很高，而且可以加工薄壁粗糙度可以很小，精度很高，而且可以加工薄壁窄縫低剛度零件。窄縫低剛度零件。超聲加工的設(shè)備l基本組成部分超生發(fā)生器，超聲振動系統(tǒng)（聲學(xué)部件），機(jī)床本體和磨料工作液。一、超生發(fā)生器超聲波發(fā)生器，又稱超聲波驅(qū)動電源、電子箱、超聲波控制器，是大功率超聲系統(tǒng)的重要組成部分。超聲波發(fā)生器作用是把市電轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號，驅(qū)動超聲波換能器工作。大功率超聲波電源從轉(zhuǎn)換效率方面考慮一般采

4、用開關(guān)電源的電路形式。超聲波電源分為自激式和它激式電源，自激式電源稱為超聲波模擬電源，它激式電源稱為超聲波發(fā)生器。超聲波發(fā)生器采用世界領(lǐng)先的他激式震蕩電路結(jié)構(gòu)，較自激式震蕩電路結(jié)構(gòu)在輸出功率增加10%以上。超聲波放大電路形式采用線性放大電路和開關(guān)電源電路。開關(guān)電源電路的優(yōu)點：轉(zhuǎn)換效率高，因此大功率超聲波電源采用此形式。線性電源電路的優(yōu)點：不嚴(yán)格要求電路匹配，允許工作頻率連續(xù)快速變化。超聲發(fā)生器的優(yōu)點：l超聲波發(fā)生器能監(jiān)控大功率超聲波系統(tǒng)的工作頻率、功率。能夠根據(jù)用戶不同要求，實時調(diào)整各種參數(shù)：如功率、振幅、運行時間等。l頻率微調(diào)：調(diào)整頻率使超聲波換能器始終工作在最佳狀態(tài)下，效率達(dá)到最大，調(diào)整范

5、圍2%。l自動跟頻：設(shè)備一旦完成初始設(shè)置后，就可以連續(xù)作業(yè)而無需對發(fā)生器進(jìn)行調(diào)節(jié)。l振幅控制：換能器工作過程中負(fù)載發(fā)生變化時，能自動調(diào)整驅(qū)動特性，確保工具頭得到穩(wěn)定的振幅。l 系統(tǒng)保護(hù)：系統(tǒng)在不適宜的操作環(huán)境下工作時，發(fā)生器將停止工作并報警顯示，保護(hù)設(shè)備不受損壞。振幅調(diào)整：振幅可在工作過程中瞬間增加或減少，振幅的設(shè)置范圍：0%100%。自動搜頻：可以自動測定工具頭的工作頻率并儲存超聲發(fā)生器的組成框圖二、聲學(xué)部件作用：將高頻電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使工具端面做高頻小振幅振動。14超聲波超聲波加工的工藝規(guī)律加工的工藝規(guī)律一、加速度及其影響因素p 定義：加工速度指單位時間內(nèi)去除材料的多少，以mm3/min

6、或g/min為單位來表示。 p 影響加工速度的因素：主要有工具的振幅和頻率、進(jìn)給壓力、磨料的種類和粒度、被加工材料、磨料懸浮液的濃度。15二、工具振幅和頻率的影響p 過大的振幅和過高的頻率會使工具和變幅桿承受很大的內(nèi)應(yīng)力，振幅一般在0.010.1mm之間，頻率在1600025000Hz之間。p 在實際加工中需根據(jù)不同工具調(diào)至共振頻率，以獲得最大振幅，從而達(dá)到較高的加工速度。16三、工具振幅和頻率的影響p 過大的振幅和過高的頻率會使工具和變幅桿承受很大的內(nèi)應(yīng)力，振幅一般在0.010.1mm之間，頻率在1600025000Hz之間。p 在實際加工中需根據(jù)不同工具調(diào)至共振頻率，以獲得最大振幅，從而達(dá)

7、到較高的加工速度。17四、進(jìn)給壓力的影響p 加工時工具對工件應(yīng)有一個適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給壓力。p 壓力過小時，工具端面與工件加工表面間的間隙增大，從而減少了磨料對工件的錘擊力；p 壓力增大，間隙減少，當(dāng)間隙減少到一定程度則會降低磨料與工作液的循環(huán)更新速度，從而降低生產(chǎn)率。18五、磨料種類和粒度的影響p 加工時針對不同強(qiáng)度的工件材料可選擇不同的磨料。p 磨料強(qiáng)度愈高，加工速度愈快，但要考慮價格成本。p 加工寶石、金剛石等超硬材料，必須選用金剛石；加工淬火鋼、硬質(zhì)合金，應(yīng)選用碳化硼；加工玻璃、石英和硅、鍺等半導(dǎo)體材料，選用氧化鋁磨料。19六、加工精度的影響因素 超聲波的加工精度，除了機(jī)床、夾具精度影響外，主

8、要與以下因素有關(guān)： （1）磨料粒度； （2）工具精度及其磨損情況； （3）工具橫向振動大?。?（4） 加工深度； （5）被加工材料性質(zhì)等。 超聲波加工的孔徑范圍0.190mm，孔深為孔徑的1020被以上。孔的精度可達(dá)0.02mm或更高。 20超聲波塑料焊接機(jī) 超聲波加工的應(yīng)用21超聲波促進(jìn)植物生長 種子發(fā)芽需要水分、氧氣和一定的溫度。種子外面裹著一層嚴(yán)嚴(yán)實實的種皮，它雖然能保護(hù)種子不受傷害，但是它的透水性和透氣性都不好，是種子“喝”不到足夠的水分，“呼吸”也特別微弱，就像睡著了。因此，有了合適的條件也不易發(fā)芽。22超聲波診斷疾病 醫(yī)生會把發(fā)射超聲波的探頭放在病人體表的適當(dāng)位置，讓超聲波在人體里面?zhèn)鞑?。?dāng)那個器官的了病，反射的回升訊號與正常的情況不一樣，醫(yī)生