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什么是超声波? 2/18 超声波加工的设备 2 超声波加工的工艺规律 3 超声波加工的应用 4 3/18 4/18 超声波加工是利用工具端面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一 种成型方法，加工原理如图1.1所示。 1.1 超声波加工的基本原理 图1.1 超声波加工原理图 1-工具 2-工件 3-磨料悬浮液 4-变幅杆 5-超声波换能器 6-超声波发生器 5/18 1.2 超声波加工的特点 （1）适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料； （2）工具可用软材料； （3）加工精度高、表面粗糙度小、加工质量好; （4）工具和工件无需复杂的相对运动，超声加工机床结构 简单； （5）工件表面宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形和烧伤。 6/18 7/18 超声波加工设备包括超声发生器、超声振动系统、机床本体和磨料工作液循环系统。 图2.1 CSJ-2型超声加工机床 1-支架 2-平衡重锤 3-工作台 4-工具 5-振幅扩大棒 6-换能器 7-导轨 8-标尺 8/18 3.1加工速度及其影响因素 加加工速度指单位时间内去除材料的多少，以mm3/min 或g/min为单位来表示。 影响加工速度的因素主要有工具的振幅和频率、进给压力、磨料的种类和粒度、被加工材料、磨料悬浮液的浓度。浓度。 （１）工具振幅和频率的影响 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，振幅一般在0.01～0.1mm之间，频率在16000～25000Hz之间。 在实际加工中需根据不同工具调至共振频率，以获得最大振幅，从而达到较高的加工速度。。 9/18 （２）进给压力的影响 加工时工具对工件应有一个适当的进给压力。压力过小时，工具端面与工件加工表面间的间隙增大，从而减少了磨料对工件的锤击力；压力增大，间隙减少，当间隙减少到一定程度则会降低磨料与工作液的循环更新速度，从而降低生产率。 （３）磨料种类和粒度的影响 加工时针对不同强度的工件材料可选择不同的磨料。磨料强度愈高，加工速度愈快，但要考虑价格成本。 （４）被加工材料的影响 10/18 被加工材料愈硬脆，则承受冲击载荷的能力愈低，愈易被去除加工，反之，韧性愈好，愈不易加工。 11/18 （５）磨料悬浮液浓度的影响 磨料悬浮液浓度低，加工间隙内的磨粒少，特别是在加工面积大、深度较大时可能造成加工区局部没有磨料，使加工速度大大降低。 磨料浓度的增加，加工速度也增加，但浓度太高，磨粒在加工区域内的循环运动和对工件的撞击运动受到影响，又会导致加工速度降低。 超声波的加工精度，除了机床、夹具精度影响外，主要与磨料粒度、工具精度及其磨损情况、加工深度、被加工材料性质有关。料性质有关。 3.2 加工精度及其影响因素 12/18 3.3 表面质量及其影响因素 超声波加工具有良好的表面质量，不会产生表面变质层和烧伤，其表面粗糙度主要与磨粒尺寸、超声波振幅大小和工件材料硬度有关。 4.1 超声加工 超声加工目前在各工业部门中主要用于对脆硬材料加工圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等，如图4.1所示。 13/18 1 2 3 4 5 图4.1 超声加工 1-加工圆孔 2-加工型腔 3-加工异型孔 4-套料加工5-加工微细孔 4.2 超声切割 用普通机械加工切割脆硬的半导体材料是很困难的，采用超声切割则较为有效。 14/18 图4.2 超声加工法切割单晶硅片示意图 1-变幅杆 2-工具（薄片钢）3-磨料液 4-工件（单晶硅） 超声清洗的原理主要是基于超声频振动在液体中产生的交变冲击波和空化作用。 4.3 超声清洗 15/18 图4.3 超声清洗装置 1-清洗槽 2-硬铝合金 3-压紧螺钉 4-换能器压电陶瓷 5-镍片（+）6-镍片 7-接线螺钉 8-垫圈 9-钢垫块 4.4 超声焊接 16/18 利用高频振动产生的撞击能量，去除工件表面的氧化膜杂质，露出新鲜的本体，在两个被焊工件表面分子的撞击下，亲和、熔化并粘接在一起。 图4.4 超声焊接示意图 1-换能器 2-固定轴 3-变幅杆 4-焊接工具头 5-被焊工件 6-反射体 17/18 比较几种特种加工方法