超聲波加工技術(shù)

1、 超聲加工是利用超聲頻作小振超聲加工是利用超聲頻作小振幅振動(dòng)的工具，并通過(guò)它與工件之間游幅振動(dòng)的工具，并通過(guò)它與工件之間游離于液體中的磨料對(duì)被加工表面的捶擊離于液體中的磨料對(duì)被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工，英文簡(jiǎn)稱為加工，英文簡(jiǎn)稱為 USMUSM。超聲加工常用。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、于穿孔、切割、焊接、套料套料和拋光。和拋光。二、超聲波加工的基本原理二、超聲波加工的基本原理 超聲換能器利超聲換能器利用用磁致伸縮效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)，將高頻將高頻電振蕩電振蕩變?yōu)樽優(yōu)楦哳l高頻機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)，再，再借助變幅桿把振幅借助變幅桿把振幅放大

2、，驅(qū)使工具振放大，驅(qū)使工具振動(dòng)，從而錘擊工件動(dòng)，從而錘擊工件表面的磨料，通過(guò)表面的磨料，通過(guò)磨料加工工件的表磨料加工工件的表面。面。1 1）適合加工各種硬脆材料適合加工各種硬脆材料，尤其是玻璃、陶，尤其是玻璃、陶瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨等不導(dǎo)電的瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨等不導(dǎo)電的非金屬材料。也可加工淬火鋼、硬質(zhì)合金、非金屬材料。也可加工淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導(dǎo)電的金屬材不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導(dǎo)電的金屬材料，但加工效率較低。料，但加工效率較低。二、超聲加工的特點(diǎn)二、超聲加工的特點(diǎn)1）適合加工各種硬脆材料適合加工各種硬脆材料，尤其是玻璃、陶瓷、寶石、石，尤其是玻璃

3、、陶瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨等不導(dǎo)電的非金屬材料。也可加工淬火鋼、英、鍺、硅、石墨等不導(dǎo)電的非金屬材料。也可加工淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導(dǎo)電的金屬材料，硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導(dǎo)電的金屬材料，但加工效率較低。但加工效率較低。2）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時(shí)局部的沖擊作用，）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時(shí)局部的沖擊作用，故工件表面的故工件表面的宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱更小，不宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱更小，不會(huì)產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也較低，會(huì)產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也較低，可達(dá)可達(dá)Ra063-008um，尺寸精度可達(dá)正負(fù)，尺寸精度可達(dá)

4、正負(fù)003mm，也適于加工薄壁、窄，也適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件?？p、低剛度零件。3）工具可用較軟的材料、做成較復(fù)雜的形狀，且不需要工工具可用較軟的材料、做成較復(fù)雜的形狀，且不需要工具和工件作比較復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，便可加工各種復(fù)雜的型腔具和工件作比較復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，便可加工各種復(fù)雜的型腔和型面。和型面。一般，超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，操作、維修一般，超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，操作、維修也比較方便。也比較方便。4）超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨損較大，故）超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨損較大，故生產(chǎn)生產(chǎn)率較低。率較低。二、超聲加工的特點(diǎn)二、超聲加工的特點(diǎn)2 2）由于去除工件材料主要

5、依靠磨粒瞬時(shí)局部）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時(shí)局部的沖擊作用，故工件表面的的沖擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱更小，不會(huì)產(chǎn)生變形及燒切削應(yīng)力、切削熱更小，不會(huì)產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也較低，傷，表面粗糙度也較低，也適于加工薄壁、也適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件。窄縫、低剛度零件。二、超聲加工的特點(diǎn)二、超聲加工的特點(diǎn)3 3）工具可用較軟的材料、做成較復(fù)雜的形工具可用較軟的材料、做成較復(fù)雜的形狀，且不需要工具和工件作比較復(fù)雜的相對(duì)狀，且不需要工具和工件作比較復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，便可加工各種復(fù)雜的型腔和型面。運(yùn)動(dòng)，便可加工各種復(fù)雜的型腔和型面。一一般，超聲加工機(jī)

6、床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，操作、般，超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，操作、維修也比較方便。維修也比較方便。二、超聲加工的特點(diǎn)二、超聲加工的特點(diǎn)4 4）超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨）超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨損較大，故損較大，故生產(chǎn)率較低。生產(chǎn)率較低。二、超聲加工的特點(diǎn)二、超聲加工的特點(diǎn) 超聲加工設(shè)備的功率不同，其結(jié)構(gòu)也有超聲加工設(shè)備的功率不同，其結(jié)構(gòu)也有所不同，但其基本組成相同。一般包括所不同，但其基本組成相同。一般包括超聲超聲發(fā)生器發(fā)生器、超聲振動(dòng)系統(tǒng)超聲振動(dòng)系統(tǒng)、磨料懸浮液循環(huán)系磨料懸浮液循環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)和和機(jī)床機(jī)床。1 1、 超聲波發(fā)生器超聲波發(fā)生器 超聲波發(fā)生器（又叫超聲頻發(fā)生器或超超聲波

7、發(fā)生器（又叫超聲頻發(fā)生器或超聲波電源）的作用是將聲波電源）的作用是將工頻交流電工頻交流電轉(zhuǎn)換為功轉(zhuǎn)換為功率為率為20-4000W20-4000W的的超聲頻振蕩超聲頻振蕩，以供給工，以供給工具端面往復(fù)振動(dòng)和去除工件材料的能量。具端面往復(fù)振動(dòng)和去除工件材料的能量。 超聲波振動(dòng)系統(tǒng)主要包括超聲波振動(dòng)系統(tǒng)主要包括換能器換能器、變幅桿變幅桿、工具工具。其作用是將由超聲波發(fā)生器輸出的高頻電。其作用是將由超聲波發(fā)生器輸出的高頻電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)能，并通過(guò)變幅桿使工具端信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)能，并通過(guò)變幅桿使工具端面作小振幅的高頻振動(dòng)，以進(jìn)行超聲加工。面作小振幅的高頻振動(dòng)，以進(jìn)行超聲加工。A A、換能器、換能器

8、換能器的作用是將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)。換能器的作用是將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)。目前，根據(jù)其轉(zhuǎn)換原理的不同，有目前，根據(jù)其轉(zhuǎn)換原理的不同，有磁致伸縮式磁致伸縮式和和壓電式壓電式兩種。兩種。 壓電效應(yīng)是指，石壓電效應(yīng)是指，石英晶體、鈦酸鋇以及鋯英晶體、鈦酸鋇以及鋯鈦酸鉛等物質(zhì)在受到機(jī)鈦酸鉛等物質(zhì)在受到機(jī)械壓縮或拉伸變形時(shí)，械壓縮或拉伸變形時(shí)，在其兩端面上產(chǎn)生一定在其兩端面上產(chǎn)生一定的電荷而形成一定的的電荷而形成一定的電電勢(shì)勢(shì)。相反，改變兩端面。相反，改變兩端面上的電壓，也會(huì)產(chǎn)生一上的電壓，也會(huì)產(chǎn)生一定的伸縮變形的現(xiàn)象。定的伸縮變形的現(xiàn)象。 利用上述物質(zhì)的壓電效應(yīng)，在兩面加利用上述物質(zhì)的壓電效

9、應(yīng)，在兩面加16000Hz16000Hz以上的交變電壓，則該物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生高頻的伸縮變形，以上的交變電壓，則該物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生高頻的伸縮變形，使周圍的介質(zhì)作超聲振動(dòng)。使周圍的介質(zhì)作超聲振動(dòng)。 為了獲得最大的超聲波強(qiáng)度，應(yīng)使晶體處于共為了獲得最大的超聲波強(qiáng)度，應(yīng)使晶體處于共振狀態(tài)，故振狀態(tài)，故晶體片厚度應(yīng)為聲波半波長(zhǎng)或整倍數(shù)晶體片厚度應(yīng)為聲波半波長(zhǎng)或整倍數(shù)。 振幅擴(kuò)大棒振幅擴(kuò)大棒作用是放大換能器所獲得作用是放大換能器所獲得的超聲振動(dòng)振幅，以滿足超聲加工的需要。的超聲振動(dòng)振幅，以滿足超聲加工的需要。超聲波的機(jī)械振動(dòng)經(jīng)變幅桿放大后傳給工具，超聲波的機(jī)械振動(dòng)經(jīng)變幅桿放大后傳給工具，使磨粒和工作液以一定的能量沖擊

10、工件，并使磨粒和工作液以一定的能量沖擊工件，并加工出一定的尺寸和形狀。加工出一定的尺寸和形狀。整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)接部分應(yīng)整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)接部分應(yīng)接觸緊密接觸緊密，否則，否則超聲波傳遞過(guò)程中將損失很大能量。在螺紋超聲波傳遞過(guò)程中將損失很大能量。在螺紋聯(lián)接處應(yīng)涂以凡士林油，絕不可存在空氣間聯(lián)接處應(yīng)涂以凡士林油，絕不可存在空氣間隙，因?yàn)槌暡ㄍㄟ^(guò)空氣時(shí)會(huì)很快衰減。隙，因?yàn)槌暡ㄍㄟ^(guò)空氣時(shí)會(huì)很快衰減。CSJ-2型超聲波加工機(jī)床型超聲波加工機(jī)床l-工作臺(tái)；工作臺(tái)；2-上具；上具；3-變幅桿；變幅桿；4-換能器換能器5-導(dǎo)軌；導(dǎo)軌；6-支架；支架；7-平衡重錘平衡重錘簡(jiǎn)單的超聲加工裝置簡(jiǎn)單的超聲加工裝置，其

11、磨料是靠，其磨料是靠人工輸送和更換的人工輸送和更換的，即在加工前將懸浮磨料的工作液澆注在加工區(qū)，加工即在加工前將懸浮磨料的工作液澆注在加工區(qū)，加工過(guò)程中定時(shí)抬起工具和補(bǔ)充磨料。過(guò)程中定時(shí)抬起工具和補(bǔ)充磨料。也可利用也可利用小型離心小型離心泵使磨料懸浮液攪拌后澆注到加工間隙中去。對(duì)于較泵使磨料懸浮液攪拌后澆注到加工間隙中去。對(duì)于較深的加工表面，仍經(jīng)常應(yīng)將深的加工表面，仍經(jīng)常應(yīng)將工具定時(shí)抬起工具定時(shí)抬起以利磨料的以利磨料的更換和補(bǔ)充。更換和補(bǔ)充。大型超聲加工機(jī)床大型超聲加工機(jī)床都采用都采用流量泵自動(dòng)向加工區(qū)供給流量泵自動(dòng)向加工區(qū)供給磨磨料懸浮液，且品質(zhì)好，循環(huán)良好。此外，料懸浮液，且品質(zhì)好，循環(huán)良

12、好。此外，工具和變幅工具和變幅桿尺寸較大時(shí)桿尺寸較大時(shí)，可在工具和變幅桿中間開孔，由孔內(nèi)，可在工具和變幅桿中間開孔，由孔內(nèi)抽吸磨料懸浮液，對(duì)提高加工質(zhì)量有利。抽吸磨料懸浮液，對(duì)提高加工質(zhì)量有利。a)加工微細(xì)孔加工微細(xì)孔; b)加工型腔；加工型腔；c)加工異形孔加工異形孔彎曲孔；彎曲孔； 刻槽刻槽 套料；套料； 切圓；切圓； 復(fù)雜溝槽復(fù)雜溝槽a)切片；切片；b)多個(gè)圓片落料；多個(gè)圓片落料；c)多片圓板落料多片圓板落料 ；d）切割單晶硅片）切割單晶硅片 超聲精密超聲精密切割半導(dǎo)體、切割半導(dǎo)體、鐵氧體、石英、鐵氧體、石英、寶石、陶瓷、寶石、陶瓷、金剛石等硬脆金剛石等硬脆材料，材料，超聲波加工與其它加

13、工方法相結(jié)合。超聲波加工與其它加工方法相結(jié)合。利用超聲波加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等金屬材料利用超聲波加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等金屬材料時(shí)，時(shí)，速度低，工具損耗大速度低，工具損耗大。為了為了提高加工速度，提高加工速度，降低工具損耗，可采用降低工具損耗，可采用復(fù)合加工復(fù)合加工。比如：比如：采用超聲波與電化學(xué)加工相結(jié)合的方法加采用超聲波與電化學(xué)加工相結(jié)合的方法加工噴油嘴、噴絲板上的小孔或窄縫，能極大的工噴油嘴、噴絲板上的小孔或窄縫，能極大的提高加工速度和加工質(zhì)量。提高加工速度和加工質(zhì)量。超聲波清洗的原理主要是利用超聲波頻振動(dòng)在超聲波清洗的原理主要是利用超聲波頻振動(dòng)在液體中產(chǎn)生的液體中產(chǎn)生的交變沖擊波交變沖擊波和和空化作用空化作用?？栈?yīng)產(chǎn)生的空化效應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波，強(qiáng)烈沖擊波，產(chǎn)生的產(chǎn)生的空化氣泡空化氣泡滲透到污物與被清洗部位表面之間，促使污物滲透到污物與被清洗部位表面之間，促使污物脫落；脫落；超聲波清洗機(jī)超聲波清洗機(jī)超聲焊接是利用超聲焊接是利用超聲頻振動(dòng)作用超聲頻振動(dòng)作用