超声加工技术课件

超声加工11.超声加工

（UltrasonicMachining,USM)超声加工的基本原理和特点超声加工设备及其组成部分超声加工速度、精度、表面质量及其影响因素超声波的应用技术超声加工新技术11.1超声加工的基本原理和特点11.1.1超声波及其特性11.1.2超声加工的基本原理11.1.3超声加工的特点11.1.1超声波及其特性

超声波的频率范围10-4Hz

16Hz16kHz105kHz次声波超声波可听声波超声波的特性（1）超声波为纵波，可在各种介质中传播传递速度c=λf

，λ-波长，f-频率不同介质中传播速度不同c空气=331m/s，c水=1430m/sc铁=5850m/s0

100020003000400050006000

传递速度（m/s）超声波的特性（2）可传递很强的能量

传播的能量密度垂直于波的传播方向单位面积上的能量J=ρc(ωA)2/2ω=2πf(rad/s)A—振幅（mm）ρ—介质的密度固体、液体的ρ和c大→J大

超声波的特性（3）在液体介质中传播时，在界面上产生液压冲击空化现象形成真空，产生气泡空泡闭合，形成压力高频上下运动：f

＞16kHz

超声波的特性（4）

通过不同介质时，波速突变折射反射介质的波阻抗ρc之差越大，反射率越大连接面间加入凡士林或机油固体(液体)空气反射率≈100%

超声波的特性（5）

在一定条件下，产生干涉和共振现象距入射端距离为x的b点处：入射波反射波合成波共振的条件：杆长为半波长的整数倍，L=kλ/2波节M点处：不振动ABM11.1.2超声加工的基本原理加工原理冲击(为主)抛磨磨料冲击工件表面空化作用工作液进入裂缝加快磨料更新速度有助于排屑11.1.3超声加工的特点适合加工各种硬脆材料加工质量高，尺寸精度0.01~0.02mm，Ra0.63~0.08μm，无残余应力宏观切削力小，切削热小，适合加工薄壁、窄缝、低刚度件可加工复杂型面及型腔加工效率低工具有损耗11.2超声加工设备及其组成部分超声波发生器超声振动系统超声换能器变幅杆工具机床本体辅助系统磨料悬浮液循环系统换能器冷却系统1--工作台

2--上具

3--变幅杆

4--换能器

5--导轨

6--支架

7--平衡重锤

123546711.2.1超声波发生器功率放大器信号放大器震荡器电源作用：产生超声频率的电流11.2.2超声振动系统

超声换能器作用高频电振荡→机械能换能器长度=kλ/2种类压电效应式磁致伸缩式磁场强度(A/m)相对伸长量压电效应式石英晶体、钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅(ZrPbTiO3)伸缩量小(石英晶体：3kV时，0.01μm)用于小功率超声加工磁致伸缩式铁磁体(Fe、Co、Ni)、铁氧体有高频涡流损失→片状叠加“双频现象”

交流正弦波→脉动直流励磁电流变幅杆作用：放大振幅振幅放大原理J=ρc(ωA)2/2振幅A=(2J/K)1/2其中，K=ρcω2S1S2J1×S1=J2×S2A=0.005~0.01mm→

A=0.01~0.1mm变幅杆的形式(5~10倍)(10~20倍)(＞20倍)

工具

工具材料：45＃钢等韧性材料部件之间应连接紧密螺纹连接处：涂凡士林油支撑点应选在“驻波节电”处11.2.3超声加工机床

加工压力调节：声部的自重-平衡重调压机构：杠杆、弹簧、气动、电磁铁11.3超声加工速度、精度、表面质量

及其影响因素

影响加工速度的因素

工具的振幅和频率进给压力磨料的硬度和粒度磨料悬浮液的浓度工件和工具材料

影响加工速度的因素（1）工具的振幅和频率振幅A

↑→冲击力↑→加工速度↑过大→内应力↑→工具寿命↓频率f

↑→冲击次数↑→加工速度↑过大→能量损失↑→加工速度↓一般：A=0.01～0.1mm，f=16~25kHz影响加工速度的因素（2）进给压力过小→工作间隙↑→冲击力↓→加工速度↓过大→磨料被挤出来

→加工速度↓影响加工速度的因素（3）磨料的硬度和粒度

硬度↑→加工速度↑粒度过小→能量损失↑→加工速度↓→更新速度↓→加工速度↓粒度过大→同时参与磨粒数↓→加工速度↓影响加工速度的因素（4）磨料悬浮液的浓度浓度过小→磨粒数↓→加工速度↓浓度过大→能量损失↑→加工速度↓→更新速度↓→加工速度↓影响加工速度的因素（5）工件材料脆性↑→受冲击载荷的能力↓→加工速度↑超声加工精度和表面质量孔加工范围Φ0.1~90mm，深径比＞20孔加工精度0.05~0.02mm表面粗糙度Ra1~0.08um11.4超声波的应用技术超声切割加工型孔、型腔加工超声振动切削超声清洗超声波测距超声波探伤超声雾化11.4.1超声切割加工单晶硅片切割方法绞合线结构示意图11.4.2型孔、型腔加工

存在问题工具有损耗损耗不易补偿影响加工精度a）微细孔b）型腔

c）异形通孔

d)弯曲孔

e)刻槽

g）套料

h）切圆

i）复杂沟槽11.4.3超声振动切削11.4.3超声振动切削11.4.3超声振动切削11.4.4超声波复合振动研磨11.4.5超声清洗(1)11.4.5超声清洗(2)11.4.5超声清洗(