[工学]超声加工.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 影响加工速度的因素（2） 进给压力 过小→工作间隙↑→冲击力↓→加工速度↓ 过大→磨料被挤出来 →加工速度↓ 影响加工速度的因素（3） 磨料的硬度和粒度 硬度↑ →加工速度↑ 粒度过小→能量损失↑ →加工速度↓ →更新速度↓ →加工速度↓ 粒度过大→同时参与磨粒数↓→加工速度↓ 影响加工速度的因素（4） 磨料悬浮液的浓度 浓度过小→磨粒数↓→加工速度↓ 浓度过大→能量损失↑ →加工速度↓ →更新速度↓ →加工速度↓ 影响加工速度的因素（5） 工件材料 脆性↑→受冲击载荷的能力↓→加工速度↑ 超声加工精度和表面质量 孔加工范围 Φ0.1~90mm，深径比＞20 孔加工精度 0.05~0.02mm 表面粗糙度 Ra 1~0. 08um 11.4 超声波的应用技术 超声切割加工 型孔、型腔加工 超声振动切削 超声清洗 超声波测距 超声波探伤 超声雾化 11.4.1 超声切割加工 单晶硅片切割方法 绞合线结构示意图 11.4.2 型孔、型腔加工 存在问题 工具有损耗 损耗不易补偿 影响加工精度 a）微细孔 b）型腔c）异形通孔d) 弯曲孔e) 刻槽g）套料h）切圆i） 复杂沟槽 11.4.3 超声振动切削 11.4.3 超声振动切削 11.4.3 超声振动切削 11.4.4 超声波复合振动研磨 11.4.5 超声清洗(1) 11.4.5 超声清洗(2) 11.4.5 超声清洗(3) 11.4.5 超声清洗(4) 11.4.6 超声测距 11.4.7 超声波无损检测 11.4.8 超声雾化 ?????????????????????? 11.5 超声波加工新技术 超声波仿铣加工（Ultrasonic Milling) 微细超声波加工技术 * * * * * * * 超声加工理论及应用 Theory and Application of Ultrasonic Machining , USM 目录 超声加工的基本原理和特点 超声加工设备及其组成部分 超声加工速度、精度、表面质量及其影响因素 超声加工的应用 11.1 超声加工的基本原理和特点 11.1.1 超声波及其特性 11.1.2 超声加工的基本原理 11.1.3 超声加工的特点 11.1.1 超声波及其特性 超声波的频率范围 10-4Hz 16Hz 16kHz 105kHz 次声波 超声波 可听声波 超声波的特性（1） 超声波为纵波，可在各种介质中传播 传递速度 c = λ f ，λ-波长， f-频率 不同介质中传播速度不同 c空气=331m/s， c水=1430m/s c铁=5850m/s 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 传递速度（m/s） 超声波的特性（2） 可传递很强的能量 传播的能量密度 垂直于波的传播方向单位面积上的能量 J=ρc (ωA)2/2 ω=2πf (rad/s) A—振幅 （mm） ρ —介质的密度 固体、液体的ρ和c大→ J大 超声波的特性（3） 在液体介质中传播时，在界面上产生 液压冲击 空化现象 形成真空，产生气泡 空泡闭合，形成压力 高频上下运动： f ＞16kHz 超声波的特性（4） 通过不同介质时，波速突变 折射 反射 介质的波阻抗ρc 之差越大，反射率越大 连接面间加入凡士林或机油 固体(液体) 空气 反射率≈100% 超声波的特性（5） 在一定条件下，产生干涉和共振现象 距入射端距离为x的b点处： 入射波 反射波 合成波 共振的条件： 杆长为半波长的整数倍，L= kλ/2 波节M点处：不振动 A B M 11.1.2 超声加工的基本原理 加工原理 冲击(为主) 抛磨 磨料冲击工件表面 空化作用 工作液进入裂缝 加快磨料更新速度 有助于排屑 11.1.3 超声加工的特点 适合加工各种硬脆材料 加工质量高，尺寸精度0.01~0.02mm，Ra0.63~0.08μm，无残余应力 宏观切削力小，切削热小，适合加工薄壁、窄缝、低刚度件 可加工复杂型面及型腔 加工效率低 工具有损耗 切削力大幅度降低 超声切削是一个在极短时间内完成的微量切削过程。在一个切削循环过程中，刀具在很小的位移上得到很大的瞬时速度和加速度，在局部产生很高的能量。 被加工材料在局部微小体积内的物理、机械性能必将发生变化。超声振动下，摩擦系数大大降低，只有普通的1/10左右，使超声切削的切削力下降到普通切削