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* 现代设计与制造技术 主讲：宋月鹏 Modern Design Methods And Manufacturer Technology 机械与电子工程学院 山东农业大学机电学院本科专业选修课程 山东 泰安 超声波加工(Ultrasonic Machining) 一、 加工原理 利用工具作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种工艺方法。 人耳能感受到的声波频率在16-16000HZ，16000HZ=超声波。 1、超声波的空化作用 当超声波经过液体介质传播时，将以极高的频率压迫液体质点振动，在液体介质中连续的形成压缩和希疏区域，由于液体介质的不可压缩性，由此产生正负交变压力的变化，由于这一过程极短，液体中的气体在此脉冲压力的作用下破裂，产生极大的冲击波，局部产生极大的冲击力，瞬时高温，物质的分散，破碎及产生其他物理化学作用。 2、超声波加工的基本原理 3、 超声加工机床的构成 4、超声加工机床的构成 超声发生器 主要作用就是将工频交流电转变为一定功率输出的超声频振荡，有电子管式、晶闸管式两种，超声发生器分为振荡级、电压放大级、功率放大级和电源等四部分。 声学部分 主要作用就是超声发生器的高频电能转变为机械能，式工具端面高频小振幅震动，由换能器、变幅杆和工具组成。 换能器 换能器的作用是将高频电振荡转变为机械震动，实现有两种方法：压电效应和磁致效应。 压电材料主要是人工烧结多晶压电陶瓷。 磁致伸缩效应：铁、钴、镍及其合金的程度能随着所处的磁场强度的变化而伸缩的现象。 磨料悬浮液 常用的磨料有：氧化铝、碳化硅、碳化硼、金刚砂等。其中，氧化铝切割玻璃、锗、陶瓷，金刚砂切割金刚钻、红宝石，碳化硼适用性较广，但价格较高。 二、加工特点 1. 不导电的脆性材料； 2. 尺寸精度0.02-0.05mm,表面粗糙度较低， Ra=0.8-0.4 μm 3. 切削力小，热影响小；机床不需高的结构强度、强力传动， 但刚性要好。 4. 加工复杂型面 ； 5. 生产效率低。 三、 应用 1. 硬脆、难切、贵重金属、模具加工； 2.孔径0.1-90mm，孔深280mm以上； 3.加工型孔和型腔、切割、清洗、焊接、表面处理及薄壁、窄缝、低刚度的零件 型孔和型腔的加工 切割加工 超声清洗 焊接加工 利用超声频振动作用，取出工件表面的氧化膜，显露出新的本体表面，在两个被焊工件表面分子的高速撞击下，摩擦生热并亲和粘接在一起。 它不仅可以焊接尼龙、塑料、以及表面易形成氧化膜的铝制品等，还可以用于非金属表面挂锡、挂银、涂覆、融化的金属薄层。 超声波在冶金中的应用 主要用于控制结晶过程，增加扩散和分散作用以改善材料的性能，其中最为显著的作用是细化晶粒。 四、 加工速度、精度、表面质量及影响因素 1、加工速度及其影响因素 工具震动频率、振幅、工具和工件之间的静压力、磨料的种类和粒度、悬浮液的浓度、供给及循环方式、工具与工件材料、加工面积和深度等。 2、加工精度 尺寸精度0.02-0.05mm,表面粗糙度较低， Ra=0.8-0.4 μm 振动切削 (Vibration Cutting) 加工原理 冲击切削 (非挤压切削) 间断切削 （脉冲型切削力） *** 加工过程 O 开始切削 EFA 切屑1 A 退刀 BGD 切屑2 振动加工要点(Main Points of VC) —— 断屑 低频（几百HZ）、大振幅（几mm） 沿进给方向激振 —— 提高加工质量和效率 超声频、 小振幅（0.3mm）、沿切削速度方向激振 难点(Difficult Points) V↓ 不易得到有规律的振动波形 振动方向 沿半径或轴线方向的振动均 会影响加工精度 *