第七章-超聲加工-特種加工課件.

1、Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7 超聲加工Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7 超聲加工7.1 超聲加工的基本原理和特點(diǎn)7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分7.3 超聲加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素7.4 超聲加工的應(yīng)用Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1 超聲加工的基本原理和特點(diǎn)7.1.1 超聲波及其特性7.1.2 超聲加工的基本原理7.1.3 超聲加工的特點(diǎn)Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.

2、1 超聲波及其特性v聲波與超聲波w 聲波：人耳能感受的一種縱波縱波，頻率范圍1616000Hzw 超聲波： 16000Hzw 可以在氣體、液體、固體介質(zhì)中縱向傳播：cfPrecision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.1 超聲波及其特性v超聲波的特性w 能夠傳遞很強(qiáng)的能量，功率密度可達(dá)100W/cm2以上。212JcAcA：彈性介質(zhì)密度：振動(dòng)圓頻率：彈性介質(zhì)中的波速：振動(dòng)幅值1聲強(qiáng)聲強(qiáng)能量能量密度密度Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.1 超聲波及其特性v超聲波的特性w 在液體介質(zhì)傳播時(shí)，將以極高的頻率壓

3、迫液體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，在液體介質(zhì)中連續(xù)形成壓縮和稀疏區(qū)域，由于液體的不可壓縮性，將產(chǎn)生壓力正負(fù)交變的脈沖液壓沖擊和空化現(xiàn)象，空腔閉合壓力可達(dá)幾十個(gè)大氣壓。2Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.1 超聲波及其特性v超聲波的特性w 在不同介質(zhì)界面產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象，兩種介質(zhì)的波阻抗相差越大，反射率越高。因此，需改善連接面間的傳遞條件。3Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.1 超聲波及其特性v超聲波的特性w 一定條件下產(chǎn)生干涉干涉和共振現(xiàn)象。41212sin2sin2222 cossinrtxaATtx

4、aATxtaaaATmaxmin:221:4rrxkakxa波腹波節(jié)Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.2 超聲加工的基本原理v超聲加工（ Ultrasonic Machining：USM ）w 利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過磨料懸浮液加工脆硬材料脆硬材料的一種方法。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.2 超聲加工的基本原理Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.2 超聲加工的基本原理v超聲換能器將電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)；v變幅桿將振幅放大到0.

5、050.1mm左右；v工具端面超聲振動(dòng)迫使工作液中磨粒撞擊、拋磨加工表面；v工作液形成正負(fù)液壓沖擊波及空化作用促使工作液鉆入加工材料裂縫，加劇機(jī)械破壞作用。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.3 超聲加工的特點(diǎn)v適應(yīng)于加工各種脆性材料，特別是不導(dǎo)電材料；v工具可用較軟材料、做成復(fù)雜形狀，無(wú)需工具和工件復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；v宏觀切削力小，切削熱、切削應(yīng)力小，不會(huì)引起變形及燒傷，表面粗糙度較好。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分Precision Engine

6、ering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分v超聲發(fā)生器w 作用：將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩。w 基本要求：輸出功率和頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；對(duì)共振頻率自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)微調(diào)功能；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等。1Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分v超聲發(fā)生器（續(xù)）1Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分v聲學(xué)部件w 作用：將高頻電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。w 組成：換能器（壓電效應(yīng)、磁致伸縮效應(yīng)）、變幅桿、工

7、具。2Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分v壓電效應(yīng)超聲換能器w 壓電效應(yīng)：石英晶體等物質(zhì)在受到機(jī)械壓縮或拉伸變形時(shí)，在其相對(duì)兩面產(chǎn)生一定的電荷；反之，在其兩面加一定的電壓，將產(chǎn)生一定機(jī)械變形的現(xiàn)象。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分v磁致伸縮效應(yīng)超聲換能器w 磁致伸縮：鐵、鈷、鎳及其合金的長(zhǎng)度能隨其所處的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而伸縮的現(xiàn)象。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部

8、分v變幅桿w 壓電和磁致伸縮的變形量不足以直接用于加工，需要通過振幅擴(kuò)大桿將其擴(kuò)大。w 通過變幅桿每個(gè)截面的振動(dòng)能量不變，截面小的地方能量密度大，則振幅就大（振幅平方與能量密度成正比）。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分v變幅桿制造要求w 變幅桿固有頻率等于外激振頻率；w 變幅桿長(zhǎng)度等于超聲波振動(dòng)半波長(zhǎng)或其整數(shù)倍；w 變幅桿可制成錐形、指數(shù)形、階梯形等，具有不同的振幅擴(kuò)大比。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分v工具w 工具的形狀和尺寸決定于

9、被加工表面的形狀和尺寸，相差一個(gè)稍大于平均磨粒直徑的“加工間隙”。w 固定換能器、擴(kuò)大棒和聲學(xué)頭的支持點(diǎn)需選擇振幅為零的“駐波點(diǎn)”。w 工具可與變幅桿制造成整體或用焊接或螺紋聯(lián)結(jié)固定，聯(lián)接部分需緊密接觸，工具較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)修整變幅桿使其滿足半波長(zhǎng)共振條件。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分v機(jī)床3Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超聲加工設(shè)備及其組成部分v磨料工作液及其循環(huán)系統(tǒng)w 工作液：水、機(jī)油和煤油w 磨料：碳化硼、碳化硅、氧化鋁等4Precision Engine

10、ering Lab., Xiamen Univ.7.3 加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素v 加工速度w 單位時(shí)間內(nèi)去除材料的多少（g/min或mm3/min）v 影響加工速度的主要因素w 工具的振幅和頻率w 進(jìn)給壓力w 磨料的種類和粒度w 磨料懸浮液濃度w 被加工材料Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.3 加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素v磨料懸浮液濃度對(duì)加工速度的影響Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.3 加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素v加工精度及其影響因素w 除受到機(jī)床、夾具精度的

11、影響外，與磨料粒度、工具精度及磨損情況、工具橫向振動(dòng)大小、加工深度、被加工材料性質(zhì)等相關(guān)。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.3 加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素v表面質(zhì)量及其影響因素w 表面質(zhì)量取決于每粒磨粒每次撞擊工件表面留下的凹痕大小，與磨粒直徑、被加工材料、超聲振動(dòng)振幅、工作液成分等有關(guān)。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超聲加工的應(yīng)用v型孔、型腔加工Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超聲加工的應(yīng)用v切割加工Precision

12、Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超聲加工的應(yīng)用v復(fù)合加工w 超聲電解復(fù)合加工w 超聲電火花復(fù)合加工w 超聲拋光及電解超聲復(fù)合拋光Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超聲加工的應(yīng)用v超聲電解復(fù)合加工w 電解加工的陽(yáng)極溶解原理w 超聲振動(dòng)空化作用加速鈍化膜破壞和磨料電解液的循環(huán)Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超聲加工的應(yīng)用v超聲電火花復(fù)合加工w 在普通電火花加工時(shí)引入超聲波，使電極工具端面作超聲振動(dòng)，能夠有效提高放電脈沖利用率（從3%到5% 提到至50%以上）。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超聲加工的應(yīng)用v手?jǐn)y式電解超聲復(fù)合拋光Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超聲加工的應(yīng)用v超聲波切割金剛石Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超聲加工的應(yīng)用v超聲切削Precision Engineer