第七章 超聲加工

第7章超聲加工

7.1超聲加工的基本原理和特點(diǎn)一、超聲波及其特性 超聲波的頻率范圍超聲波16kHz16Hz次聲波可聽聲波0

100020003000400050006000

傳遞速度（m/s）超聲波為縱波，可在各種介質(zhì)中傳播傳遞速度c=λf

，λ-波長，f-頻率不同介質(zhì)中傳播速度不同：c空氣=331m/s，c水=1430m/s，c鐵=5850m/s可傳遞很強(qiáng)的能量

傳播的能量密度垂直于波的傳播方向單位面積上的能量J=ρc(ωA)2/2ω=2πf(rad/s)A—振幅（mm）ρ—介質(zhì)的密度固體、液體的ρ和c大→J大在液體介質(zhì)中傳播時，在界面上產(chǎn)生液壓沖擊空化現(xiàn)象形成真空，產(chǎn)生氣泡空泡閉合，形成壓力高頻上下運(yùn)動：f

＞16kHz

通過不同介質(zhì)時，波速突變折射反射介質(zhì)的波阻抗ρc之差越大，反射率越大連接面間加入凡士林或機(jī)油固體(液體)空氣反射率≈100%

在一定條件下，產(chǎn)生干涉和共振現(xiàn)象距入射端距離為x的b點(diǎn)處：入射波反射波合成波共振的條件：桿長為半波長的整數(shù)倍，L=kλ/2波節(jié)M點(diǎn)處：不振動ABM二、超聲加工的基本原理加工原理沖擊(為主)拋磨磨料沖擊工件表面空化作用工作液進(jìn)入裂縫加快磨料更新速度有助于排屑三、超聲加工的特點(diǎn)適合加工各種硬脆材料加工質(zhì)量高，尺寸精度0.01~0.02mm，Ra0.63~0.08μm，無殘余應(yīng)力宏觀切削力小，切削熱小，適合加工薄壁、窄縫、低剛度件可加工復(fù)雜型面及型腔加工效率低工具有損耗7.2超聲加工設(shè)備及其組成部分超聲波發(fā)生器超聲振動系統(tǒng)超聲換能器變幅桿工具機(jī)床本體輔助系統(tǒng)磨料懸浮液循環(huán)系統(tǒng)換能器冷卻系統(tǒng)1--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

1235467超聲波發(fā)生器功率放大器信號放大器震蕩器電源作用：產(chǎn)生超聲頻率的電流換能器超聲振動系統(tǒng)

超聲換能器作用高頻電振蕩→機(jī)械能換能器長度=kλ/2種類壓電效應(yīng)式磁致伸縮式壓電效應(yīng)式石英晶體、鈦酸鋇(BaTiO3)、鋯鈦酸鉛(ZrPbTiO3)伸縮量小(石英晶體：3kV時，0.01μm)用于小功率超聲加工磁致伸縮式鐵磁體(Fe、Co、Ni)、鐵氧體有高頻渦流損失→片狀疊加“雙頻現(xiàn)象”

交流正弦波→脈動直流勵磁電流變幅桿作用：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變幅桿的形式(5~10倍)(10~20倍)(＞20倍)加工工具

工具材料：45＃鋼等韌性材料部件之間應(yīng)連接緊密螺紋連接處：涂凡士林油支撐點(diǎn)應(yīng)選在“駐波節(jié)點(diǎn)”處機(jī)床1－工作臺；2－工具；3－變幅桿；4－換能器；5－標(biāo)尺；6－導(dǎo)軌；7－支架；8－平衡重錘超聲加工機(jī)床

加工壓力調(diào)節(jié)：聲部的自重-平衡重調(diào)壓機(jī)構(gòu)：杠桿、彈簧、氣動、電磁鐵7.3超聲加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素影響加工速度的因素

工具的振幅和頻率進(jìn)給壓力磨料的硬度和粒度磨料懸浮液的濃度工件和工具材料

超聲加工精度和表面質(zhì)量孔加工范圍Φ0.1~90mm，深徑比＞20孔加工精度0.05~0.02mm表面粗糙度Ra1~0.08μm7.4超聲波的應(yīng)用技術(shù)超聲切割加工型孔、型腔加工超聲振動切削超聲清洗超聲波測距超聲波探傷超聲霧化1超聲切割加工2型孔、型腔加工在超聲波加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等硬質(zhì)金屬材料時加工速度低，工具損耗大，為了提高加工速度和降低工具損耗，采用超聲波、電解加工或電火花加工相結(jié)合來加工噴油嘴、噴絲板上的孔或窄縫，這樣可大大提高生產(chǎn)率和質(zhì)量。在切削加工中引入超聲波振動即超聲振動切削（例如對耐熱鋼、不銹鋼等硬韌材料進(jìn)行車削、鉆孔、攻螺紋時），經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)日趨成熟，作為一種精密加工和難切削材料加工中的新技術(shù)，可以降低切削力，降低表面粗糙度值、延長刀具使用壽命及提高生產(chǎn)率等。目前，在國內(nèi)應(yīng)用較多的主要有：超聲振動車削、超聲振動磨削、超聲振動加工深孔、小孔和攻絲、鉸孔等。（1）

超聲振動車削3超聲波復(fù)合加工（2）超聲波復(fù)合振動研磨（3）超聲電解復(fù)合拋光（4）超聲電解復(fù)合加工（5）超聲波焊接超聲波焊接就是利用超聲振動作用去除工件表面的氧化膜，使工件露出本體表面，使兩個被焊工件表面在高速振動撞擊下摩擦發(fā)熱并親和粘在一起。它可以焊接尼龍、塑料及表面易生成氧化膜的鋁制品，還可以在陶瓷等非金屬表面掛錫、掛銀，從而改善這些材料的可焊性。（6）超聲波清洗7.無損檢測

利用超聲波定向發(fā)射、反射、穿透大多數(shù)材料特性，在測距、控制、監(jiān)測及材料測量方面進(jìn)行無損檢測。探測金屬內(nèi)部缺陷例如：探測材料內(nèi)部和表面缺陷，評價物理、力學(xué)性質(zhì)，鍋爐、壓力容器制造、運(yùn)行中的檢測。

5、超聲波在生活中的應(yīng)用超聲波除塵只要在煙囪里裝一個超聲波除塵器，不消片刻，煙囪就冒著干凈的白煙了。超聲波除塵裝置超聲波促進(jìn)植物生長種子發(fā)芽需要水分、氧氣和一定的溫度。種子外面裹著一層嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的種皮，它雖然能保護(hù)種子不受傷害，但是它的透水性和透氣性都不好，是種子“喝”不到足夠的水分，“呼吸”也特別微弱，就像睡著了。因此，有了合適的條件也不易發(fā)芽。超聲波促進(jìn)植物生長當(dāng)超聲波射到浸泡在水里的種子時，激烈的超聲振動會對種子產(chǎn)生一種類似摩擦的作用，因而使得種皮的透水性和透氣性大大增強(qiáng)，并能使種子得到一定溫度。這樣種子吸著水“發(fā)胖”，呼吸也加快了，種子就能提早發(fā)芽。同時超聲波還能促使種子內(nèi)貯存的淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)更好的溶解于水，變成易被種胚吸收的養(yǎng)料，苗兒就使勁的長個兒。此外，超聲波還具有殺菌作用，能殺死潛伏在種子身上的某些病菌和蟲卵。超聲波偵察海底超聲波在水中能過按著一定的方向直線前進(jìn)，它能傳到幾公里、幾十公里，甚至幾百公里以外。而且，它又能形成射束，聚成很狹的一束，向一個方向傳播。當(dāng)它中途遇到障礙物時，又會有一部分能量按原方向反射回來。因此，當(dāng)接收到回聲訊號，經(jīng)過放大送到顯示器，就可以立刻顯示出目標(biāo)的距離和方位了。超聲波診斷疾病

醫(yī)生會把發(fā)射超聲波的探頭放在病人體表的適當(dāng)位置，讓超聲波在人體里面?zhèn)鞑?。?dāng)那個器官的了病，反射的回升訊號與正常的情況不一樣，醫(yī)生就可以診斷那部分臟器有了病變和分析病變的性質(zhì)。比如像腫瘤、腦瘤