第九章 超声加工

第九章超声加工第1页，课件共43页，创作于2023年2月第一节

超声加工的基本原理和特点一、超声加工的基本原理⒈超声波⒉超声加工⒊波在杆中传播

⒋空化作用

⒌特点

第2页，课件共43页，创作于2023年2月第一节

超声加工的基本原理和特点一、超声加工的基本原理⒈超声波：频率超过16KHz的振动波。⒉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成型方法。

⑴磨料的冲击作用：10g

⑵磨料的抛磨作用：扰动

⑶空化作用：高压爆炸

第3页，课件共43页，创作于2023年2月第一节

超声加工的基本原理和特点⒊波在杆中传播

xMa0第4页，课件共43页，创作于2023年2月第一节

超声加工的基本原理和特点第5页，课件共43页，创作于2023年2月第一节

超声加工的基本原理和特点最大振幅

最大振幅（共振）为半个波长的整数倍。

最小振幅

最小振幅为四分之一波长的奇数倍。

振幅第6页，课件共43页，创作于2023年2月第一节

超声加工的基本原理和特点⒋空化作用：疏区、密区、交替、冲击。⒌特点⑴非导电硬脆材料⑵切削力小，只有磨粒对局部表面的垂直撞击。⑶精度0.02㎜，Ra1～0.1μm

无烧伤，无金相改变第7页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件①超声发生器②声学部件③机床④磨料供给系统

第8页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件一、超声发生器

f＞16KHz第9页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件二、声学部件

换能器、振幅扩大棒、工具。压电磁致第10页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件⒈压电⑴压电效应：机械压缩或拉伸引起介质产生一定电荷，形成一定的电势。（机械变形引起电）⑵逆压电效应：电引起机械变形交变电压（正弦波电压）第11页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件⒉磁致

铁、钴、镍磁场作用产生变形

交变的磁场（交变电流）（正弦波电压）

长度为半波长的整数倍。

第12页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件第13页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件第14页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件⒊振幅扩大棒（变幅杆）

0.005～0.01㎜→0.01～0.1㎜（扩大）圆锥型：5～10倍阶梯型：20倍以上指数型：10～20倍长度为半波长的整数倍。第15页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件注意共振，半波长的整数倍固定：在波节点，四分之一波长的奇数倍。第16页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件三、机床

第17页，课件共43页，创作于2023年2月第二节超声波加工设备及其组成部件四、磨料工作液及其循环系统第18页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素一、速度

二、加工精度

三、表面质量及其影响因素

第19页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素一、速度单位时间内去除材料的多少，单位为g/min或mm3/min。玻璃的最大加工速度达2000～4000mm3/min。

影响主要因素：工具振动频率、振幅、工具和工件间的静压力、磨料的种类和粒度、磨料悬浮液的浓度、供给和循环方式、工具与工件材料、加工面积、加工深度等。⒈工具端面振幅、频率⒉进给压力⒊磨料种类和粒度⒋磨料悬浮液浓度

⒌被加工材料

第20页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素⒈工具端面振幅、频率振幅大、频率高：加工速度快考虑使用寿命和损耗

使用寿命：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，超过疲劳强度降低使用寿命损耗：联结处的损耗增大一般：振幅0.01～0.1㎜，频率16000～25000Hz，共振频率。

第21页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素⒉进给压力合适压力，加工速度最快

过小：间隙大，减弱撞击力和打击深度，加工速度低。过大：间隙小，磨料和工作液更新困难，加工速度低。第22页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素考虑加工面积，加工面积小时，单位面积最佳静压力可较大加工玻璃，圆形实心工具加工面积5～13mm2范围内，最佳静压力约为400KPa。加工面积20mm2以上，最佳静压力约为200～300KPa之间。

第23页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素⒊磨料种类和粒度磨料硬度愈高，加工速度愈快，要考虑成本。根据加工材料选择磨料加工金刚石和宝石等超硬材料：金刚石磨料加工硬质合金、淬火钢等高硬脆材料：碳化硼（硬度较高）加工硬度不太高的脆硬材料：碳化硅加工玻璃、石英、半导体等材料：刚玉之类氧化铝（Al2O3）磨料粒度愈粗，加工速度愈快，但精度和表面粗糙度变差。

第24页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素⒋磨料悬浮液浓度浓度低，磨粒少，加工面积大和深度大时，加工区局部可能无磨料，加工速度低。随磨料浓度的增加，加工速度增加。浓度过高，磨料在加工区的循环运动和撞击运动受影响，加工速度降低。通常采用的浓度为磨料对水的质量比约0.5～1左右。

第25页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素⒌被加工材料被加工材料愈脆，承受冲击载荷的能力愈低，愈易被去除加工。韧性较好的材料，则不易加工。如玻璃的可加工性（生产率）为100%，则锗、硅半导体单晶为200%～250%，石英为50%，硬质合金为2%～3%，淬火钢为1%，不淬火钢小于1%。

第26页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素二、加工精度机床、夹具精度影响外，磨料粒度、工具精度及其磨损情况、工具横向振动大小、加工深度、被加工材料性质等有关。一般加工孔的尺寸精度达±0.02～0.05mm。

⒈磨料粒度⑴孔的加工范围一般超声加工的孔径范围约为0.1～90㎜，深度可达直径10～20倍以上。第27页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素表1超声加工功率和最大加工孔径的关系

超声电源输出功率/W50～100200～300500～7001000～15002000～25004000最大加工盲孔直径/㎜

5～1015～2025～3030～4040～50＞60用中空工具加工最大通孔直径/㎜

1520～3040～5060～8080～90＞90第28页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素⑵加工孔的尺寸精度加工出孔的尺寸比工具尺寸大。最小直径Dmin约等于工具直径Dt加所用磨料磨粒平均直径ds的两倍。Dmin=Dt+2ds

采用240#～280#磨粒时，一般可达±0.05㎜，采用W28～W7磨粒时，可达±0.02㎜或更高。加工圆孔：形状误差主要有椭圆度和锥度。

第29页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素表2磨料粒度及其基本磨粒尺寸范围

磨料粒度

120#

150#

180#

240#

280#

W40W28W20W14W10W7基本磨粒尺寸范围/μm125～100100～8080～6363～5050～4040～2828～2020～1414～1010～77～5第30页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素⒉工具精度及磨损形状误差主要有圆度和锥度误差圆度误差与工具沿圆周磨损不均匀有关。锥度误差与工具磨损量有关。⒊工具横向振动圆度误差与工具横向振动大小有关。⒋加工深度⒌被加工材料性质

第31页，课件共43页，创作于2023年2月第三节超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素三、表面质量及其影响因素⒈磨粒大小⒉被加工材料性质⒊振幅⒋成分无烧伤和变质层，Ra1～0.1μm，取决于每粒磨粒每次撞击工件表面后留下的凹痕大小。磨粒尺寸小、工件材料硬度大，超声振幅小时，加工表面粗糙度得到改善，但生产率降低。第32页，课件共43页，创作于2023年2月第四节

超声波加工的应用一、型孔、型腔加工二、切割加工三、复合加工四、超声清洗

第33页，课件共43页，创作于2023年2月第四节

超声波加工的应用一、型孔、型腔加工第34页，课件共43页，创作于2023年2月第四节

超声波加工的应用二、切割加工

第35页，课件共43页，创作于2023年2月第四节

超声波加工的应用第36页，课件共43页，创作于2023年2月第四节

超声波加工的应用三、复合加工

⒈超声电解复合加工

⒉超声电火花复合加工⒊超声抛光及电解超声复合加工

⒋超声振动切削⒌超声振动珩磨第37页，课件共43页，创作于2023年2月第四节

超声波加工的应用⒈超声电解复合加工⒉超声电火花复合加工第38页，课件共43页