机械制造与磨具制造工艺学 超声加工

1、第4 4章 超声加工基本工艺规律和应用超声加工的设备超声加工的特点超声加工的基本原理1234超声加工的基本原理超声加工超声加工的基本原理的基本原理 什么是超声加工？什么是超声加工？ 超声加工也成为超声波（高于人耳听觉频率上限的振动波）加工。与其他加工方法（电火花加工和电化学加工）不同的是：其不仅能够加工硬质合金，淬火钢等脆硬金属材料，而且还可以加工玻璃、陶瓷、半导体、硅片宝石金刚石等非金属材料。 二二.原理原理超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速

2、地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。 超声波加工原理图如下超声波加工原理图如下超声加工的特点超声加工的特点（1）适合加工硬脆材料，特别是不导电的非金属）适合加工硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，对导电才来哦也能加工，但加工生产率较材料，对导电才来哦也能加工，但加工生产率较低。低。（2）工具可用较软的材料做成复杂形状，不需要）工具可用较软的材料做成复杂形状，不需要工具工件作比较复杂的相对运动，所以超声加工工具工件作比较复杂的相对运动，所以超声加工机床结构简单，操作维修方便。机床结构简单，操作维修方便。（3）由于去除加工材料是靠较小的磨料瞬时的局）由于去除加工材料是靠较小的磨料瞬时的局部撞击作

3、用，从而工件表面的宏观切削力很小，部撞击作用，从而工件表面的宏观切削力很小，切削盈利小，产生热量少，不会引起变形和烧伤，切削盈利小，产生热量少，不会引起变形和烧伤，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缝低刚度零件。窄缝低刚度零件。超声加工的设备l基本组成部分超生发生器，超声振动系统（声学部件），机床本体和磨料工作液。一、超生发生器超声波发生器，又称超声波驱动电源、电子箱、超声波控制器，是大功率超声系统的重要组成部分。超声波发生器作用是把市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器工作。大功率超声波电源从转换效率方面考虑一般采

4、用开关电源的电路形式。超声波电源分为自激式和它激式电源，自激式电源称为超声波模拟电源，它激式电源称为超声波发生器。超声波发生器采用世界领先的他激式震荡电路结构，较自激式震荡电路结构在输出功率增加10%以上。超声波放大电路形式采用线性放大电路和开关电源电路。开关电源电路的优点：转换效率高，因此大功率超声波电源采用此形式。线性电源电路的优点：不严格要求电路匹配，允许工作频率连续快速变化。超声发生器的优点：l超声波发生器能监控大功率超声波系统的工作频率、功率。能够根据用户不同要求，实时调整各种参数：如功率、振幅、运行时间等。l频率微调：调整频率使超声波换能器始终工作在最佳状态下，效率达到最大，调整范

5、围2%。l自动跟频：设备一旦完成初始设置后，就可以连续作业而无需对发生器进行调节。l振幅控制：换能器工作过程中负载发生变化时，能自动调整驱动特性，确保工具头得到稳定的振幅。l 系统保护：系统在不适宜的操作环境下工作时，发生器将停止工作并报警显示，保护设备不受损坏。振幅调整：振幅可在工作过程中瞬间增加或减少，振幅的设置范围：0%100%。自动搜频：可以自动测定工具头的工作频率并储存超声发生器的组成框图二、声学部件作用：将高频电能转化为机械能，使工具端面做高频小振幅振动。14超声波超声波加工的工艺规律加工的工艺规律一、加速度及其影响因素p 定义：加工速度指单位时间内去除材料的多少，以mm3/min

6、或g/min为单位来表示。 p 影响加工速度的因素：主要有工具的振幅和频率、进给压力、磨料的种类和粒度、被加工材料、磨料悬浮液的浓度。15二、工具振幅和频率的影响p 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0.010.1mm之间，频率在1600025000Hz之间。p 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，从而达到较高的加工速度。16三、工具振幅和频率的影响p 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0.010.1mm之间，频率在1600025000Hz之间。p 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，从而达

7、到较高的加工速度。17四、进给压力的影响p 加工时工具对工件应有一个适当的进给压力。p 压力过小时，工具端面与工件加工表面间的间隙增大，从而减少了磨料对工件的锤击力；p 压力增大，间隙减少，当间隙减少到一定程度则会降低磨料与工作液的循环更新速度，从而降低生产率。18五、磨料种类和粒度的影响p 加工时针对不同强度的工件材料可选择不同的磨料。p 磨料强度愈高，加工速度愈快，但要考虑价格成本。p 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、锗等半导体材料，选用氧化铝磨料。19六、加工精度的影响因素 超声波的加工精度，除了机床、夹具精度影响外，主

8、要与以下因素有关： （1）磨料粒度； （2）工具精度及其磨损情况； （3）工具横向振动大小； （4） 加工深度； （5）被加工材料性质等。 超声波加工的孔径范围0.190mm，孔深为孔径的1020被以上。孔的精度可达0.02mm或更高。 20超声波塑料焊接机 超声波加工的应用21超声波促进植物生长 种子发芽需要水分、氧气和一定的温度。种子外面裹着一层严严实实的种皮，它虽然能保护种子不受伤害，但是它的透水性和透气性都不好，是种子“喝”不到足够的水分，“呼吸”也特别微弱，就像睡着了。因此，有了合适的条件也不易发芽。22超声波诊断疾病 医生会把发射超声波的探头放在病人体表的适当位置，让超声波在人体里面传播。当那个器官的了病，反射的回升讯号与正常的情况不一样，医生