论超声加工技术在陶瓷加工中的应用

1、论超声加工技术在陶瓷加工中的应用摘要:本文结合超声加工技术原理，对超声加工技术在陶瓷加工中的应用进行分析，着重介绍二维超声加工技术的运用，以更好地保障工程陶瓷加工质量水平。关键词:超声加工陶瓷加工二维超声技术应用超声加工技术的应用，主要利用超声振动工具，在具备磨料的干磨料、液体介质中形成冲击力、液压力、抛磨力等，产生气蚀之后可去除材料;或者将工具、工件等按照一定方向实行超声频振动，形成振动加工;或者通过超声振动作用，促进工件的相互结合。近年来，超声加工技术已经广泛发展起来，并且在磨削加工、超声振动切削领域广泛应用，尤其在工程陶瓷加工中，已经取得一定进展，解决了诸多关键性技术问题，效果良好。1超

2、声加工技术原理将磨料悬浮液加入到工件与工具之间，利用超声发生器形成超声振动波;经过换能器的转换之后，形成超声机械振动，这样悬浮液中产生的磨粒就会对加工表面造成撞击，被加工材料的局部就会经过撞击而掉落。在工件的表面，具有瞬间交替作用的正压冲击波与负压空化作用，以此强化加工过程。在超声加工技术中，涉及到机床、超声振动系统、电源、轴向力反馈保护系统等，且超声振动系统是关键、核心环节1,主要包括以下几部分。1.1超声波换能器通过应用超声波转换器，可以将高频电振动转化为机械振动，并通过以下两种形式实现：(1)磁致伸缩法。在处于变化状态的磁场中，砦铁磁体或者铁氧化体的长度也会发生变化，即磁致伸缩效应。在磁

3、致伸缩换能器中,Q值(即能量峰值锐度)相对较低，因此可以传递较宽的频率，以此增加设计变幅杆的灵活性，而刀具与其相连接之后，即使发生加工过程的磨损现象，也可进行重磨2;(2)压电效应法。通过应用压电晶片，在外电场中随着电场的方向变化而产生形变，利用压电换能器将高频的电振动转化为机械振动。压电换能器的电声转换频率较高，不会产生热量损失，也不需要采取冷却方法，可支持旋转性操作，便于操作。1.2变幅杆通过应用变幅杆，可以进一步扩大换能器中发出的超声振幅，支持超声波加工过程。这主要由于在任意截面中的振动能量保持不变，而截面越小的地方，能量密度则越大，而振动幅度也随之加大。在加工大功率超声过程中，可以将变

4、幅杆与工具设计为一个整体，可考虑采用CAD技术、CAM技术、有限元分析技术等3。1.3工具可以将工具看作是变幅杆的负载，因此工具尺寸大小、质量好坏等,将与变幅杆的连接密切相关，同时也对超声振动频率、超声波加工性能等产生影响。通过应用螺钉或者焊接形式，将工具固定到变幅杆中。如果采取可拆卸的方式，虽然便于工具的更换速度，但是可能造成超声能量损失、工具松懈或者过于疲劳等缺陷。2超声加工技术在陶瓷加工中的应用陶瓷材料可以广泛应用于诸多工作场合，由于其用途的特殊性，因此对加工精度、表面质量等提出诸多要求；但是考虑到陶瓷材料的低断裂韧性、高脆性等特征，和材料的弹性较为接近，因此加工过程存在一定难度，如果加

5、工方法不当，可能破坏表面层组织,对加工质量造成影响。因此，加工技术的选择,将对陶瓷材料应用范围产生重要作用。当前,国内外诸多学者已经开展超声加工技术在陶瓷加工中的应用研究。2.1精密超声加工技术的应用精密超声加工技术主要针对A12O3陶瓷材料中的微去除量应用,主要对陶瓷材料中超声加工的特征进行模拟，分析材料的去除原理。经大量的实践研究来看，在低冲击力的作用下。陶瓷材料的结构会发生变化，同时出现晶粒错位问题，而过高的冲击力，又会发生凹痕或者裂纹4。2.2超声振动脉冲放电加工技术的应用超声振动脉冲放电加工技术主要应用于工程陶瓷小孔中，工具电极中的超声振动，形成脉冲放电，进而取替传统的电火花加工形式

6、，发挥专用脉冲发生器的重要作用。另外，通过应用工具电极中超声振动,还可以对缝隙进行清洗。该技术可以对A12O3基陶瓷刀具的材料表面方孔进行定位和加工；通过对其工作机理、加工参数等研究，可获得不同陶瓷材料加工的效率、表面粗糙性等，总结发生影响的规律5。通过实验结果来看，采取该种复合加工技术，结合超声加工与放电加工的双重优势，提高陶瓷材料的性能与质量，更好地投入使用。2.3超声振动磨削技术该技术主要针对陶瓷深孔加工，具有高效性、精密性等特征，通过对超声振动磨削技术及传统的磨削陶瓷深孔技术进行对比。从实验结果来看，采取超声振动磨削技术，可有效保障陶瓷加工的效率，并可避免在加工过程中发生的裂纹、凹坑等

7、缺陷和问题，因此在陶瓷加工中具有良好的应用空间，将成为今后发展趋势。3二维超声技术在陶瓷加工中的应用当前,超声振动磨削机理的研究较为深入，尤其是细晶氧化锆陶瓷试件中，进行二维超声振动磨削试验，对其性能、应用等进行确定。该实验中，主要针对磨削的深度，对磨削力、材料去除率、表面粗糙度等因素进行探讨。通过实验结果，获得如下体会。通过研究普通的磨削技术，与二维超声振动磨削技术进行对比充分体现了磨削深度的变化对增加材料去除率的影响；在同样的磨削深度状态下，二维超声振动磨削的去除率强于普通磨削技术；而超声振动磨削材料的去除率可以达到普通技术的2倍左右。无论是普通磨削技术还是超声振动磨削技术，都将随着磨削深

8、度的增加而有所提高，如果达到了临界值，那么磨削力就会产生波动：进而超过了该临界的深度值，磨削力进一步下降。经实验来看，采用超声振动磨削力技术，与普通磨削力相比将减少20%35%左右。在同样的切深状态下，二维超声振动的磨削表面粗超度较低,与普通的磨削技术相比，表面粗糙度可降低20%50%,而二维振动磨削可有效保障磨削的性能与表面质量。超声加工技术的应用，可有效改善传统加工技术的弊端，尤其在脆硬材料加工中的应用，推动材料加工技术的优化发展。由上可见,通过超声加工技术在陶瓷加工中的应用，可有效控制成本,提高加工效率，确保工件的良好性能与质量水平。因此，经大量实验来看,超声加工技术是一种有效的工程陶瓷加工方法。随着我国在陶瓷材料加工方面的不断探索与研究，研发了越来越多先进的加工设备、掌握了复合加工方法，推动工程陶瓷加工技术的成熟发展，进而为今后工程陶瓷材料的应用拓展空间。参考文献1张磊.硬脆材料异形面超声微精加工工艺研究D.扬州大学,2010.冯平法，郑书友,张京京.功率超声加工关键技术的研究进展J.制造技术与机床，2009(5).赵文凤，郭钟宁,唐勇军.新型超声振动结构的研究进展J.机床与液压,2010(15