超声波加工演讲

1、邓云峰 10 .4超声加工也称超声波加工 1、超声波加工的发展历史 2、超声波加工及其特性 3、超声波加工的工作原理 4、超声波加工的工艺规律 5、超声波加工的运用1、超声波加工的发展历史 1.1 超声加工起源于20世纪50年代初。最早研究超声加工技术的国家是日本。70年代中期，日本对振动切削与超声磨削方面的研究已相当深入且已应用于生产。日本研究超声振切最有权威的代表人物主要有两位：一位是中央大学的岛川正憲，他出版的是超音波工学理论和实际；另一位是宇都宫大学的隈部淳一郎教授，他在1956年提出了系统的振动切削理论，发表了大量的论文，出版了精密加工、振动切削基础及应用专著，首先把振动切削理论成功

2、地应用于车、刨、铣、钻、镗、铰、拉、磨削、螺纹加工、齿轮加工、抛光、珩磨、拉伸与挤压等冷热加工领域，取得了意想不到的效果与显著的经济效益1、超声波加工的发展历史 1.2 20世纪50年代末60年代初，原苏联对超声加工研究也发表过很有价值的论文。其在超声车削、磨削、光整加工、复合加工等方面均有生产应用，并取得了良好的经济效益。1973年，前苏联召开了一次全国性的讨论会，充分肯定了超声加工的经济效果和实用价值，对这项新技术在全国的推广应用起到了积极的作用。 1、超声波加工的发展历史 1.3 美国于20世纪60年代初开始对超声加工进行研究。由于当时超声加工技术还不是很成熟，包括声振系统、换能器、发生

3、器的设计制造和质量都较差，因此停止了其研究工作。在20世纪70年代中期，其超声钻中心孔、光整加工、磨削、拉管和焊接等方面，已处于生产应用阶段；超声车削、钻孔、镗孔已处于试验性生产设备原形阶段；通用超声振动切削系统已供工业应用，目前已形成部分标准1、超声波加工的发展历史 1.4 我国超声加工的研究始于20世纪50年代末，由于当时超声波发生器、换能器、声振系统的不成熟，缺乏合理的组织和持续的研究工作，很快就冷了下来目前，吕正兵、徐家文对工程陶瓷超声加工进行了基础的实验研究，得出了工程陶瓷超声加工的一些规律，为今后工程陶瓷的应用提供了更为广阔的前景；王超群等人利用改装后的数控超声加工装 置对Al2O

4、3进行了工艺试验，其数控超声加工是对传统超声加工的技术创新，具有传统超声加工所无法比拟的特点，初步掌握了对Al2O3的加工工艺规律还有很多成果但是和其他发达国家还有差距.2、超声波加工及其特性 超声加工不仅能加工金属导电材料，而且更适宜加工玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等不导电的非金属脆硬材料，还可以用于清洗和探伤等。 何谓超声波？它具有什么特点？2、超声波加工及其特性 2.1超声波的定义 ：声波是人耳能感受的一种纵波，频率在1616000Hz范围内。当频率超过16000Hz时超出一般人耳听觉范围，就成为超声波。人耳听不到的地震等频率低于16Hz，称为次声波。 2.2 超声波的特性 ：超声波和声波

5、一样，可以在气体、液体和固体介质中纵向传播，它主要具有下列特性： （1）超声波能传递很强的能量。超声波的作用主要是对其传播方向上的障碍物施加压力（声压）。因此，有时可用这个压力的大小来表示超声波的强度，传播的波动能量越强，则压力也越大。2、超声波加工及其特性 （2）当超声波经过液体介质传播时，将以极高的频率压迫液体质点振动，在液体介质中连续地形成压缩和稀疏区域，由于液体基本上不可压缩，由此产生压力正、负交变的液压冲击和空化现象。由于这一过程时间极短，液体空腔闭合压力可达几十个大气压，并产生巨大的液压冲击。这一交变的脉冲压力作用在邻近的零件表面上会使其破坏，引起固体物质分散、破碎等效应。 （3）

6、超声波通过不同介质时，在界面上发生波速突变，产生波的反射和折射现象。能量反射的大小，决定于这两种极致的波阻抗。 （4）超声波在一定条件下，会产生波的干涉和共振现象。 3、超声波加工的工作原理 3.1加工原理：3、超声波加工的工作原理3.1 超声波加工原理：超声加工是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种方法。 在工具和工件之间加入液体（水或煤油等）和磨料混合悬浮液，并使工具以很小的力F轻轻压在工件上。超声换能器产生16000Hz以上的超声频纵向振动，并借助于变幅杆把振幅放大到0.050.1mm左右，驱动工具端面作超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断地撞击

7、、抛磨被加工表面，把被加工 表面的材料粉碎成很细的微粒，从工件上打击下来。虽然每次打击下来的材料很少，但由于每秒钟打击的次数多达16000次以上，所以仍有一定的加工速度。与此同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频、交变的液压正负冲击波和“空化”作用，促使工作液钻入被加工材料的细微裂缝处，加剧了机械破坏作用。既然超声加工是基于局部撞击作用，因此就不难理解，越是脆硬的材料，受撞击作用所受破坏就越大，越易超声加工。相反，脆性和硬度不大的韧性材料，由于它的缓冲作用而难以加工。 3、超声波加工的工作原理 3.2 超声加工的特点：超声加工的特点： 1、不受材料是否导电的限制； 2、工具对工件的宏观

8、作用力小、热影响小，表面粗糙度好，因而可加工薄壁、窄缝薄片工件； 3、被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或强度、韧性越大则越难加工； 4、由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料； 5、可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。 3、超声波加工的工作原理3.3 超声加工设备：超声加工设备：1、超声发生器 超声波发生器，通常称为超声波电箱、超声波发生源、超声波电源。它的作用是把我们的市电（220V或380V，50或60Hz）转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号。从放大电路形式，可以采用线性

9、放大电路和开关电源电路，大功率超声波电源从转换效率方面考虑一般采用开关电源的电路形式。线性电源也有它特有的应用范围，它的优点是可以不严格要求电路匹配，允许工作频率连续快速变化。2、声学部件 声学部件的作用是把高频电能转变为机械能，使工具端面作高频率、小振幅振动以进行加工。它是超声波加工机床中很重要的部件，主要由换能器、变幅杆（振幅扩大棒）及工具组成。 超声加工设备包括超超声加工设备包括超声发生器、超声振动声发生器、超声振动系统、机床本体和磨系统、机床本体和磨料工作液循环系统料工作液循环系统CSJ-2型型超声加工机床超声加工机床3、超声波加工的工作原理 超声波加工加工设备超声波加工加工设备 超声

10、发生器、超声振超声发生器、超声振动系统（超声换能器、动系统（超声换能器、变幅杆）、机床主体、变幅杆）、机床主体、工作液及其循环冷却工作液及其循环冷却系统。系统。3、超声波加工的工作原理 将高频电能转变为机械能，将高频电能转变为机械能，使工具端面作高频率小振使工具端面作高频率小振幅的振动以进行加工幅的振动以进行加工压电陶瓷换能器压电陶瓷换能器几种变幅杆几种变幅杆声学头的固定声学头的固定选择振幅为零的波节点选择振幅为零的波节点4、超声波加工的工艺规律1、加工速度及其影响 (1) 工具振幅和频率的影响：实际中应调成共振频率，以获得最大振幅。 (2) 进给压力的影响 (3) 磨料种类和粒度的影响：金刚

11、石、碳化硼、碳化硅等。磨粒硬度越高，加工速度越快，但要考虑成本；磨粒粒度越粗，加工速度越快，但精度和表面粗糙度差。 (4) 被加工材料的影响：越脆越容易加工4、超声波加工的工艺规律 (5) 磨料悬浮液浓度的影响 2、加工精度及其影响 机床与夹具精度、磨粒粒度、工具精度及其磨损情况、工具横向振动的大小、加工深度、被加工材料性质等。 3、表面质量及其影响 具有较好的表面质量，不会产生表面烧伤和表面变质层。磨粒的尺寸较小、工件材料硬度较大、超声振幅较小时，加工表面粗糙度较好。5、超声波加工的运用 5.1型孔、型腔加工型孔、型腔加工 一般来说，孔加工工具的长度总是大于孔的直径，在切削力的作用下易产生变

12、形，从而影响加工质量和加工效率。特别是对难加工材料的深孔钻削来说，会出现很多问题。例如，切削液很难进入切削区，造成切削温度高；刀刃磨损快，产生积屑瘤，使排屑困难，切削力增大等。其结果是加工效率、精度降低，表面粗糙度值增加，工具寿命短。采用超声加工则可有效解决上述问题。 5、超声波加工的运用型孔与型腔加工型孔与型腔加工5、超声波加工的运用 5.2切割加工切割加工 用普通机械加工切割脆硬的半导体材料是很困难的，采用超声切割则较为有效。超声波切割具有切口光滑、牢靠，切边准确，不会变形，不翘边、起毛、抽丝、皱折等优点 超声切割单晶硅片超声切割单晶硅片5、超声波加工的运用 5.3复合加工复合加工 将超声加工与其他加工工艺组合起来的加工模式，称为超声复合加工。超声复合加工，强化了原加工过程，使加工的速度明显提高，加工质量也得到不同程度的改善，实现了低耗高效的目标。它主要有超声电解复合加工、超声电火花复合加工、超声抛光及电解超声复合抛光，在长远的将来都有非常大的发展潜力。超声电解复超声电解复合加工小孔合加工小孔5、超声波加工的运用手携式