超聲波加工技術

1、 超聲加工是利用超聲頻作小振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作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工，英文簡稱為加工，英文簡稱為 USMUSM。超聲加工常用。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、于穿孔、切割、焊接、套料套料和拋光。和拋光。二、超聲波加工的基本原理二、超聲波加工的基本原理 超聲換能器利超聲換能器利用用磁致伸縮效應磁致伸縮效應，將高頻將高頻電振蕩電振蕩變?yōu)樽優(yōu)楦哳l高頻機械振動機械振動，再，再借助變幅桿把振幅借助變幅桿把振幅放大

2、，驅使工具振放大，驅使工具振動，從而錘擊工件動，從而錘擊工件表面的磨料，通過表面的磨料，通過磨料加工工件的表磨料加工工件的表面。面。1 1）適合加工各種硬脆材料適合加工各種硬脆材料，尤其是玻璃、陶，尤其是玻璃、陶瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨等不導電的瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨等不導電的非金屬材料。也可加工淬火鋼、硬質(zhì)合金、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)或耐熱導電的金屬材不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導電的金屬材料，但加工效率較低。料，但加工效率較低。二、超聲加工的特點二、超聲加工的特點1）適合加工各種硬脆材料適合加工各種硬脆材料，尤其是玻璃、陶瓷、寶石、石，尤其是玻璃

3、、陶瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨等不導電的非金屬材料。也可加工淬火鋼、英、鍺、硅、石墨等不導電的非金屬材料。也可加工淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導電的金屬材料，硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導電的金屬材料，但加工效率較低。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，）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時局部的沖擊作用，故工件表面的故工件表面的宏觀切削力很小，切削應力、切削熱更小，不宏觀切削力很小，切削應力、切削熱更小，不會產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也較低，會產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也較低，可達可達Ra063-008um，尺寸精度可達正負，尺寸精度可達

4、正負003mm，也適于加工薄壁、窄，也適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件?？p、低剛度零件。3）工具可用較軟的材料、做成較復雜的形狀，且不需要工工具可用較軟的材料、做成較復雜的形狀，且不需要工具和工件作比較復雜的相對運動，便可加工各種復雜的型腔具和工件作比較復雜的相對運動，便可加工各種復雜的型腔和型面。和型面。一般，超聲加工機床的結構比較簡單，操作、維修一般，超聲加工機床的結構比較簡單，操作、維修也比較方便。也比較方便。4）超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨損較大，故）超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨損較大，故生產(chǎn)生產(chǎn)率較低。率較低。二、超聲加工的特點二、超聲加工的特點2 2）由于去除工件材料主要

5、依靠磨粒瞬時局部）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時局部的沖擊作用，故工件表面的的沖擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，宏觀切削力很小，切削應力、切削熱更小，不會產(chǎn)生變形及燒切削應力、切削熱更小，不會產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也較低，傷，表面粗糙度也較低，也適于加工薄壁、也適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件。窄縫、低剛度零件。二、超聲加工的特點二、超聲加工的特點3 3）工具可用較軟的材料、做成較復雜的形工具可用較軟的材料、做成較復雜的形狀，且不需要工具和工件作比較復雜的相對狀，且不需要工具和工件作比較復雜的相對運動，便可加工各種復雜的型腔和型面。運動，便可加工各種復雜的型腔和型面。一一般，超聲加工機

6、床的結構比較簡單，操作、般，超聲加工機床的結構比較簡單，操作、維修也比較方便。維修也比較方便。二、超聲加工的特點二、超聲加工的特點4 4）超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨）超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨損較大，故損較大，故生產(chǎn)率較低。生產(chǎn)率較低。二、超聲加工的特點二、超聲加工的特點 超聲加工設備的功率不同，其結構也有超聲加工設備的功率不同，其結構也有所不同，但其基本組成相同。一般包括所不同，但其基本組成相同。一般包括超聲超聲發(fā)生器發(fā)生器、超聲振動系統(tǒng)超聲振動系統(tǒng)、磨料懸浮液循環(huán)系磨料懸浮液循環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)和和機床機床。1 1、 超聲波發(fā)生器超聲波發(fā)生器 超聲波發(fā)生器（又叫超聲頻發(fā)生器或超超聲波

7、發(fā)生器（又叫超聲頻發(fā)生器或超聲波電源）的作用是將聲波電源）的作用是將工頻交流電工頻交流電轉換為功轉換為功率為率為20-4000W20-4000W的的超聲頻振蕩超聲頻振蕩，以供給工，以供給工具端面往復振動和去除工件材料的能量。具端面往復振動和去除工件材料的能量。 超聲波振動系統(tǒng)主要包括超聲波振動系統(tǒng)主要包括換能器換能器、變幅桿變幅桿、工具工具。其作用是將由超聲波發(fā)生器輸出的高頻電。其作用是將由超聲波發(fā)生器輸出的高頻電信號轉變?yōu)闄C械振動能，并通過變幅桿使工具端信號轉變?yōu)闄C械振動能，并通過變幅桿使工具端面作小振幅的高頻振動，以進行超聲加工。面作小振幅的高頻振動，以進行超聲加工。A A、換能器、換能器

8、換能器的作用是將高頻電振蕩轉換成機械振動。換能器的作用是將高頻電振蕩轉換成機械振動。目前，根據(jù)其轉換原理的不同，有目前，根據(jù)其轉換原理的不同，有磁致伸縮式磁致伸縮式和和壓電式壓電式兩種。兩種。 壓電效應是指，石壓電效應是指，石英晶體、鈦酸鋇以及鋯英晶體、鈦酸鋇以及鋯鈦酸鉛等物質(zhì)在受到機鈦酸鉛等物質(zhì)在受到機械壓縮或拉伸變形時，械壓縮或拉伸變形時，在其兩端面上產(chǎn)生一定在其兩端面上產(chǎn)生一定的電荷而形成一定的的電荷而形成一定的電電勢勢。相反，改變兩端面。相反，改變兩端面上的電壓，也會產(chǎn)生一上的電壓，也會產(chǎn)生一定的伸縮變形的現(xiàn)象。定的伸縮變形的現(xiàn)象。 利用上述物質(zhì)的壓電效應，在兩面加利用上述物質(zhì)的壓電效

9、應，在兩面加16000Hz16000Hz以上的交變電壓，則該物質(zhì)會產(chǎn)生高頻的伸縮變形，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。使周圍的介質(zhì)作超聲振動。 為了獲得最大的超聲波強度，應使晶體處于共為了獲得最大的超聲波強度，應使晶體處于共振狀態(tài)，故振狀態(tài)，故晶體片厚度應為聲波半波長或整倍數(shù)晶體片厚度應為聲波半波長或整倍數(shù)。 振幅擴大棒振幅擴大棒作用是放大換能器所獲得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。的超聲振動振幅，以滿足超聲加工的需要。超聲波的機械振動經(jīng)變幅桿放大后傳給工具，超聲波的機械振動經(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

10、工件，并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。加工出一定的尺寸和形狀。整個振動系統(tǒng)的聯(lián)接部分應整個振動系統(tǒng)的聯(lián)接部分應接觸緊密接觸緊密，否則，否則超聲波傳遞過程中將損失很大能量。在螺紋超聲波傳遞過程中將損失很大能量。在螺紋聯(lián)接處應涂以凡士林油，絕不可存在空氣間聯(lián)接處應涂以凡士林油，絕不可存在空氣間隙，因為超聲波通過空氣時會很快衰減。隙，因為超聲波通過空氣時會很快衰減。CSJ-2型超聲波加工機床型超聲波加工機床l-工作臺；工作臺；2-上具；上具；3-變幅桿；變幅桿；4-換能器換能器5-導軌；導軌；6-支架；支架；7-平衡重錘平衡重錘簡單的超聲加工裝置簡單的超聲加工裝置，其

11、磨料是靠，其磨料是靠人工輸送和更換的人工輸送和更換的，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充磨料。過程中定時抬起工具和補充磨料。也可利用也可利用小型離心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)常應將深的加工表面，仍經(jīng)常應將工具定時抬起工具定時抬起以利磨料的以利磨料的更換和補充。更換和補充。大型超聲加工機床大型超聲加工機床都采用都采用流量泵自動向加工區(qū)供給流量泵自動向加工區(qū)供給磨磨料懸浮液，且品質(zhì)好，循環(huán)良好。此外，料懸浮液，且品質(zhì)好，循環(huán)良

12、好。此外，工具和變幅工具和變幅桿尺寸較大時桿尺寸較大時，可在工具和變幅桿中間開孔，由孔內(nèi)，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。抽吸磨料懸浮液，對提高加工質(zhì)量有利。a)加工微細孔加工微細孔; b)加工型腔；加工型腔；c)加工異形孔加工異形孔彎曲孔；彎曲孔； 刻槽刻槽 套料；套料； 切圓；切圓； 復雜溝槽復雜溝槽a)切片；切片；b)多個圓片落料；多個圓片落料；c)多片圓板落料多片圓板落料 ；d）切割單晶硅片）切割單晶硅片 超聲精密超聲精密切割半導體、切割半導體、鐵氧體、石英、鐵氧體、石英、寶石、陶瓷、寶石、陶瓷、金剛石等硬脆金剛石等硬脆材料，材料，超聲波加工與其它加

13、工方法相結合。超聲波加工與其它加工方法相結合。利用超聲波加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等金屬材料利用超聲波加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等金屬材料時，時，速度低，工具損耗大速度低，工具損耗大。為了為了提高加工速度，提高加工速度，降低工具損耗，可采用降低工具損耗，可采用復合加工復合加工。比如：比如：采用超聲波與電化學加工相結合的方法加采用超聲波與電化學加工相結合的方法加工噴油嘴、噴絲板上的小孔或窄縫，能極大的工噴油嘴、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。提高加工速度和加工質(zhì)量。超聲波清洗的原理主要是利用超聲波頻振動在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)生的液體中產(chǎn)生的交變沖擊波交變沖擊波和和空化作用空化作用。空化效應產(chǎn)生的空化效應產(chǎn)生的強烈沖擊波，強烈沖擊波，產(chǎn)生的產(chǎn)生的空化氣泡空化氣泡滲透到污物與被清洗部位表面之間，促使污物滲透到污物與被清洗部位表面之間，促使污物脫落；脫落；超聲波清洗機超聲波清洗機超聲焊接是利用超聲焊接是利用超聲頻振動作用超聲頻振動作用，去除工件表，去除工件表面的氧化膜，使新的本體表面顯露出來，并在面的氧化膜，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。擦發(fā)熱而親和粘接在一起。不僅可以焊接不僅可以焊接尼龍尼龍、塑料塑料及表面易生成氧化股及表面易生成氧化股的的鋁