超声波加工原理

1、第三节超声波加工电火花加工和电解加工都只能加工金届导电材料，无法加工不导电的非金届 材料，而超声波加工不仅能加工硬质合金、淬火钢等脆硬金届材料，而且更 适合加工玻璃、陶瓷、半导体、错和硅片等不导电的非金届脆硬材料，同时 还可以用丁活洗、焊接和探伤等。、超声波加工的原理 超声波加工ultrasonicultrasonic machiningmachining , , USMUSM 是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬:浮液加工硬脆材料的一种加工方法超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化 作用的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间参加液体与磨

2、料混合的悬浮液，并在工具头振动 方向加上一个不大的压力,超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转 变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到 0.010.010.15mm0.15mm 再传给工具, 并驱开工具端面作超声振动，迫使悬:浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动 下以很大速度不断撞击抛磨被加工外表，把加工区域的材料粉碎成很细的微 粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由丁每秒钟打 击 1600016000以上，所以仍存在一定的加工速度。与此同时，悬:浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象 促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作

3、液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新、超声波加工的特点(1)加范围广a.a. 可加工淬硬钢、不锈钢、钛及其合金等传统切削难加工的金届、非金届材 料；特别是一些不导电的非金届材料如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、 金刚石及各种半导体等，对导电的硬质金届材料如淬火钢、硬质合金也能加 工，但生产率低。b.b. 适合深小孔、薄壁件、细长杆、低刚度和形状复杂、要求较高零件的加工;c.c. 适合高精度、低外表粗糙度等精密零件的精密加工。(2 )切削力小、切削功率消耗低由丁超声波加工主要靠瞬时的局部冲击作用，故工件外表的宏观切削力很小， 切削应力、切削热更小，(3)(3)工件加工精度高、外表粗

4、糙度低可获得较高的加工精度(尺寸精度可达 0.0050.0050.02mm0.02mm 和较低的外表粗糙度 (Ra(Ra 值为0.050.050.2),0.2),被加工外表无剩余应力、烧伤等现象，也适合加工薄壁、 窄缝和低刚度零件。(4)(4) 易丁加工各种复杂形状的型孔、型腔和成型外表等,(5)(5) 工具可用较软的材料做成较复杂的形状。(6)(6) 超声波加工设备结构一般比拟简单，操作维修方便。、超声波加工的工艺规律1.加工速度及其影响因素加工速度指单位时间内去除材料的多少，以 mrmri/min/min 或 g/ming/min 为单位来表示 影响加工速度的因素主要有工具的振幅和频率、进

5、给压力、磨料的种类和粒 度、被加工材料、磨料悬浮液的浓度。(1 )工具振幅和频率的影响过大的振幅和过高的频率会使工具和变幅杆承受很大的内应力，振幅一般在0.010.010.1m0.1m 此间，频率在 160001600025000112500011 波问。在实际加工中需根据不同工具调至共振频率，以获得最大振幅，从而到达较 高的加工速度。(2 )进给压力的影响加工时工具对工件应有一个适当的进给压力。压力过小时，工具端面与工件加工外表间的间隙增大，从而减少了磨料对工 件的锤击力；压力增大，间隙减少，当间隙减少到一定程度那么会降低磨料与工作液的循环 更新速度，从而降低生产率。(3 )磨料种类和粒度的

6、影响加工时针对不同强度的工件材料可选择不同的磨料。磨料强度愈高，加工速度愈快，但要考虑价格本钱。加工宝石、金刚石等超硬材料，必须选用金刚石；加工淬火钢、硬质合金，应选用碳化硼；加工玻璃、石英和硅、错等半导体材料，选用氧化铝磨料。(4)被加工材料的影响被加工材料愈硬脆，那么承受冲击载荷的能力愈低，愈易被去除加工，反之， 韧性愈好，愈不易加工。(5 )磨料悬浮液浓度的影响磨料悬浮液浓度低，加工间隙内的磨粒少，特别是在加工面积大、深度较大 时可能造成加工区局部没有磨料，使加工速度大大降低。磨料浓度的增加，加工速度也增加，但浓度太高，磨粒在加工区域内的循环 运动和对工件的撞击运动受到影响，乂会导致加工

7、速度降低。2.加工精度及其影响因素 超声波的加工精度，除了机床、夹具精度影响外，主要与磨料粒度、工具精 度及其磨损情况、工具横向振动大小、加工深度、被加工材料性质有关。3 .外表质量的影响超声波加工具有良好的外表质量，不会产生外表变质层和烧伤，其外表粗糙 度主要与磨粒尺寸、超声波振幅大小和工件材料硬度有关。磨粒尺寸愈小，超声振幅愈小，工件材料越硬，生产率愈低，外表粗糙度愈 会得到明显改善，因为外表粗糙度值主要取决于每颗磨粒每次锤打工件材料 所留下的凹痕的大小和深浅。超声波加工的生产率虽然比电火花加工和电解加工低，但其加工精度和外表 质量都优于它们。更重要的是可以加工它们难以加工的半导体和非金届

8、的硬脆材料如玻璃、陶 瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等，而且对于电火花加工后的一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模等， 最后还经常用超声波抛磨、光整加工，使外表粗糙度进一步降低。四、超声波加工的应用1.型孔和型腔的加工超声波目前主要应用在脆硬材料的圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等的加 工。2.切割加工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。3.超声波活洗其原理主要是基于活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活洗的部位，使污物遭到破坏，并从被活洗表面脱落下来。此方

9、法主要用于几何形状复杂、活洗质量要求高而用其它方法活洗效果差的 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 部位的精活洗，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、医疗器械等的活洗中应用。4.4. 超声波焊接超声波焊接就是利用超声振动作用去除工件外表的氧化膜，使工件露出本体 外表，使两个被焊工件外表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、塑料及外表易生成氧化膜的铝制品，还可以在陶瓷等非金 届外表挂锡、挂银，从而改善这些材料的可焊性。5.5. 复合加工在超声波加工硬质合金、耐热合金等硬质金届材料时加工速度低，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