第七章-超声加工-特种加工课件.

1、Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7 超声加工Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7 超声加工7.1 超声加工的基本原理和特点7.2 超声加工设备及其组成部分7.3 超声加工速度、精度、表面质量及其影响因素7.4 超声加工的应用Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1 超声加工的基本原理和特点7.1.1 超声波及其特性7.1.2 超声加工的基本原理7.1.3 超声加工的特点Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.

2、1 超声波及其特性v声波与超声波w 声波：人耳能感受的一种纵波纵波，频率范围1616000Hzw 超声波： 16000Hzw 可以在气体、液体、固体介质中纵向传播：cfPrecision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.1 超声波及其特性v超声波的特性w 能够传递很强的能量，功率密度可达100W/cm2以上。212JcAcA：弹性介质密度：振动圆频率：弹性介质中的波速：振动幅值1声强声强能量能量密度密度Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.1 超声波及其特性v超声波的特性w 在液体介质传播时，将以极高的频率压

3、迫液体质点振动，在液体介质中连续形成压缩和稀疏区域，由于液体的不可压缩性，将产生压力正负交变的脉冲液压冲击和空化现象，空腔闭合压力可达几十个大气压。2Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.1 超声波及其特性v超声波的特性w 在不同介质界面产生反射和折射现象，两种介质的波阻抗相差越大，反射率越高。因此，需改善连接面间的传递条件。3Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.1 超声波及其特性v超声波的特性w 一定条件下产生干涉干涉和共振现象。41212sin2sin2222 cossinrtxaATtx

4、aATxtaaaATmaxmin:221:4rrxkakxa波腹波节Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.2 超声加工的基本原理v超声加工（ Ultrasonic Machining：USM ）w 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脆硬材料的一种方法。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.2 超声加工的基本原理Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.2 超声加工的基本原理v超声换能器将电振荡转变为机械振动；v变幅杆将振幅放大到0.

5、050.1mm左右；v工具端面超声振动迫使工作液中磨粒撞击、抛磨加工表面；v工作液形成正负液压冲击波及空化作用促使工作液钻入加工材料裂缝，加剧机械破坏作用。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.1.3 超声加工的特点v适应于加工各种脆性材料，特别是不导电材料；v工具可用较软材料、做成复杂形状，无需工具和工件复杂的相对运动，机床结构简单；v宏观切削力小，切削热、切削应力小，不会引起变形及烧伤，表面粗糙度较好。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部分Precision Engine

6、ering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部分v超声发生器w 作用：将工频交流电转变为有一定功率输出的超声频电振荡。w 基本要求：输出功率和频率在一定范围内连续可调；对共振频率自动跟踪和自动微调功能；结构简单，工作可靠等。1Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部分v超声发生器（续）1Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部分v声学部件w 作用：将高频电能转变为机械能。w 组成：换能器（压电效应、磁致伸缩效应）、变幅杆、工

7、具。2Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部分v压电效应超声换能器w 压电效应：石英晶体等物质在受到机械压缩或拉伸变形时，在其相对两面产生一定的电荷；反之，在其两面加一定的电压，将产生一定机械变形的现象。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部分v磁致伸缩效应超声换能器w 磁致伸缩：铁、钴、镍及其合金的长度能随其所处的磁场强度的变化而伸缩的现象。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部

8、分v变幅杆w 压电和磁致伸缩的变形量不足以直接用于加工，需要通过振幅扩大杆将其扩大。w 通过变幅杆每个截面的振动能量不变，截面小的地方能量密度大，则振幅就大（振幅平方与能量密度成正比）。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部分v变幅杆制造要求w 变幅杆固有频率等于外激振频率；w 变幅杆长度等于超声波振动半波长或其整数倍；w 变幅杆可制成锥形、指数形、阶梯形等，具有不同的振幅扩大比。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部分v工具w 工具的形状和尺寸决定于

9、被加工表面的形状和尺寸，相差一个稍大于平均磨粒直径的“加工间隙”。w 固定换能器、扩大棒和声学头的支持点需选择振幅为零的“驻波点”。w 工具可与变幅杆制造成整体或用焊接或螺纹联结固定，联接部分需紧密接触，工具较长时应修整变幅杆使其满足半波长共振条件。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部分v机床3Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.2 超声加工设备及其组成部分v磨料工作液及其循环系统w 工作液：水、机油和煤油w 磨料：碳化硼、碳化硅、氧化铝等4Precision Engine

10、ering Lab., Xiamen Univ.7.3 加工速度、精度、表面质量及其影响因素v 加工速度w 单位时间内去除材料的多少（g/min或mm3/min）v 影响加工速度的主要因素w 工具的振幅和频率w 进给压力w 磨料的种类和粒度w 磨料悬浮液浓度w 被加工材料Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.3 加工速度、精度、表面质量及其影响因素v磨料悬浮液浓度对加工速度的影响Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.3 加工速度、精度、表面质量及其影响因素v加工精度及其影响因素w 除受到机床、夹具精度的

11、影响外，与磨料粒度、工具精度及磨损情况、工具横向振动大小、加工深度、被加工材料性质等相关。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.3 加工速度、精度、表面质量及其影响因素v表面质量及其影响因素w 表面质量取决于每粒磨粒每次撞击工件表面留下的凹痕大小，与磨粒直径、被加工材料、超声振动振幅、工作液成分等有关。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超声加工的应用v型孔、型腔加工Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超声加工的应用v切割加工Precision

12、Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超声加工的应用v复合加工w 超声电解复合加工w 超声电火花复合加工w 超声抛光及电解超声复合抛光Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超声加工的应用v超声电解复合加工w 电解加工的阳极溶解原理w 超声振动空化作用加速钝化膜破坏和磨料电解液的循环Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超声加工的应用v超声电火花复合加工w 在普通电火花加工时引入超声波，使电极工具端面作超声振动，能够有效提高放电脉冲利用率（从3%到5% 提到至50%以上）。Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超声加工的应用v手携式电解超声复合抛光Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超声加工的应用v超声波切割金刚石Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.7.4 超声加工的应用v超声切削Precision Engineer