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1、第3講 超聲波加工技術(shù),超聲加工是利用超聲頻作小振幅振動的工具，并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工，英文簡稱為 USM。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。,一、 超聲波加工的概念,二、超聲波加工的基本原理,超聲換能器利用磁致伸縮效應(yīng)，將高頻電振蕩變?yōu)楦哳l機(jī)械振動，再借助變幅桿把振幅放大，驅(qū)使工具振動，從而錘擊工件表面的磨料，通過磨料加工工件的表面。,1）適合加工各種硬脆材料，尤其是玻璃、陶瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨等不導(dǎo)電的非金屬材料。也可加工淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導(dǎo)電的金屬材料，但加工效率較低。,二、

2、超聲加工的特點,1）適合加工各種硬脆材料，尤其是玻璃、陶瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨等不導(dǎo)電的非金屬材料。也可加工淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導(dǎo)電的金屬材料，但加工效率較低。 2）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時局部的沖擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱更小，不會產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也較低，可達(dá)Ra063-008um，尺寸精度可達(dá)正負(fù)003mm，也適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件。 3）工具可用較軟的材料、做成較復(fù)雜的形狀，且不需要工具和工件作比較復(fù)雜的相對運動，便可加工各種復(fù)雜的型腔和型面。一般，超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡單，操作、維修也比較方便。 4）超

3、聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨損較大，故生產(chǎn)率較低。,二、超聲加工的特點,2）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時局部的沖擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱更小，不會產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也較低，也適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件。,二、超聲加工的特點,3）工具可用較軟的材料、做成較復(fù)雜的形狀，且不需要工具和工件作比較復(fù)雜的相對運動，便可加工各種復(fù)雜的型腔和型面。一般，超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡單，操作、維修也比較方便。,二、超聲加工的特點,4）超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨損較大，故生產(chǎn)率較低。,二、超聲加工的特點,超聲加工設(shè)備的功率不同，其結(jié)構(gòu)也有所不同，但其基本組成相

4、同。一般包括超聲發(fā)生器、超聲振動系統(tǒng)、磨料懸浮液循環(huán)系統(tǒng)和機(jī)床。,三、超聲波加工設(shè)備及其組成部分,1、 超聲波發(fā)生器 超聲波發(fā)生器（又叫超聲頻發(fā)生器或超聲波電源）的作用是將工頻交流電轉(zhuǎn)換為功率為20-4000W的超聲頻振蕩，以供給工具端面往復(fù)振動和去除工件材料的能量。,超聲波振動系統(tǒng)主要包括換能器、變幅桿、工具。其作用是將由超聲波發(fā)生器輸出的高頻電信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動能，并通過變幅桿使工具端面作小振幅的高頻振動，以進(jìn)行超聲加工。 A、換能器 換能器的作用是將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動。目前，根據(jù)其轉(zhuǎn)換原理的不同，有磁致伸縮式和壓電式兩種。,2、 超聲波振動系統(tǒng),壓電效應(yīng)是指，石英晶體、鈦酸鋇以及鋯

5、鈦酸鉛等物質(zhì)在受到機(jī)械壓縮或拉伸變形時，在其兩端面上產(chǎn)生一定的電荷而形成一定的電勢。相反，改變兩端面上的電壓，也會產(chǎn)生一定的伸縮變形的現(xiàn)象。,壓電效應(yīng)超聲波換能器：,利用上述物質(zhì)的壓電效應(yīng)，在兩面加16000Hz以上的交變電壓，則該物質(zhì)會產(chǎn)生高頻的伸縮變形，使周圍的介質(zhì)作超聲振動。 為了獲得最大的超聲波強(qiáng)度，應(yīng)使晶體處于共振狀態(tài)，故晶體片厚度應(yīng)為聲波半波長或整倍數(shù)。,振幅擴(kuò)大棒作用是放大換能器所獲得的超聲振動振幅，以滿足超聲加工的需要。,B、振幅擴(kuò)大棒(變幅桿）,超聲波的機(jī)械振動經(jīng)變幅桿放大后傳給工具，使磨粒和工作液以一定的能量沖擊工件，并加工出一定的尺寸和形狀。 整個振動系統(tǒng)的聯(lián)接部分應(yīng)接觸

6、緊密，否則超聲波傳遞過程中將損失很大能量。在螺紋聯(lián)接處應(yīng)涂以凡士林油，絕不可存在空氣間隙，因為超聲波通過空氣時會很快衰減。,C、工具,3 、機(jī)床本體,CSJ-2型超聲波加工機(jī)床 l-工作臺；2-上具；3-變幅桿；4-換能器 5-導(dǎo)軌；6-支架；7-平衡重錘,簡單的超聲加工裝置，其磨料是靠人工輸送和更換的，即在加工前將懸浮磨料的工作液澆注在加工區(qū)，加工過程中定時抬起工具和補(bǔ)充磨料。也可利用小型離心泵使磨料懸浮液攪拌后澆注到加工間隙中去。對于較深的加工表面，仍經(jīng)常應(yīng)將工具定時抬起以利磨料的更換和補(bǔ)充。 大型超聲加工機(jī)床都采用流量泵自動向加工區(qū)供給磨料懸浮液，且品質(zhì)好，循環(huán)良好。此外，工具和變幅桿尺

7、寸較大時，可在工具和變幅桿中間開孔，由孔內(nèi)抽吸磨料懸浮液，對提高加工質(zhì)量有利。,4、 磨料工作液及其循環(huán)系統(tǒng),1、型孔、型腔加工,a)加工微細(xì)孔; b)加工型腔；c)加工異形孔,彎曲孔； 刻槽,套料； 切圓； 復(fù)雜溝槽,四、超聲波加工的應(yīng)用：,2、切割加工,a)切片；b)多個圓片落料；c)多片圓板落料 ；d）切割單晶硅片,超聲精密切割半導(dǎo)體、鐵氧體、石英、寶石、陶瓷、金剛石等硬脆材料，,超聲波加工與其它加工方法相結(jié)合。 利用超聲波加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等金屬材料時，速度低，工具損耗大。為了提高加工速度，降低工具損耗，可采用復(fù)合加工。 比如：采用超聲波與電化學(xué)加工相結(jié)合的方法加工噴油嘴、噴絲板上的小孔或窄縫，能極大的提高加工速度和加工質(zhì)量。,3、復(fù)合加工,超聲波清洗的原理主要是利用超聲波頻振動在液體中產(chǎn)生的交變沖擊波和空化作用。 空化效應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波，產(chǎn)生的空化氣泡滲透到污物與被清洗部位表面之間，促使污物脫落；,4、超聲波清洗,超聲波清洗機(jī),超聲焊接是利用超聲頻振動作用，去除工件表面的氧化膜，使新的本體表面顯露出來，并在兩個被焊工件表面分子的高速振動撞擊下，摩擦發(fā)熱而親和粘接在一起。 不僅可以焊接尼龍、塑料及表面易生成氧化股的鋁制品等，還可以在陶瓷等非金屬表面掛錫、掛銀、涂覆薄層。,5、 超聲波焊接,

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