第六讲___超声波加工

,超声加工也称超声波加工（简称USM），超声加工不仅能加工金属导电材料，而且更适宜加工玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等不导电的非金属脆硬材料，还可以用于清洗和探伤等。 提问：何谓超声波？它具有什么特点？,特种加工超声波加工,声波是人耳能感受的一种纵波，频率在 1616000Hz范围内。当频率超过16000Hz时超出一 般人耳听觉范围，就成为超声波。人耳听不到的地 震等频率低于16Hz，称为次声波。,超声波的定义,1）超声波能传递很大的能量，对传播方向上的障碍物施加压力（声压）。 2）当超声波在液态介质中传播时，在介质中连续形成压缩和稀疏区域，产生压力正负交变的液压冲击和空化现象；利用巨大的液压冲力使零件表面破坏、引起固体物质分散、破碎等效应。,超声波的特点,3）超声波通过不同介质时，在界面上发生波速突变，产生波的反射和折射； 4）超声波在一定条件下，会产生波的干涉和共振现象。,超声波的特点,超声波加工原理,它是利用超声振动为工具进行加工的。加工 时，在工件和工具之间加入液体（水或煤油）和磨 料混合的悬浮液，并使工具以很小的力F轻轻压在 工件上。超声波发生的超声频振荡，通过换能器转 换成16000Hz以上的超声频纵向振动，并借助于变 幅杆把振幅放大到0.050.1mm左右。变幅杆驱动工 具作超声振动，并以工具端面迫使工作液中悬浮的 磨粒以很大的速度不断撞击和研磨工件表面，把工 件加工区域内的材料破碎成很细的微粒并打击下来。,超声波加工原理,超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和 抛磨作用等的综合结果，其中磨粒的撞击作用是主要 的。 既然是基于局部的撞击作用，可见，越是硬脆 的材料，受到的破坏越大，也就越好加工。反之， 脆性和硬度不大的塑性材料，由于有缓冲作用而难加 工。,（1）适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金 属材料，例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。 （2）工具可用较软的材料做较复杂的形状。 （3）工具与工件相对运动简单，使机床结构简单。 （4）切削力小、切削热少，不会引起变形及烧伤，加工精度与表面质量也较好。,超声波加工的特点,超声发生器、超 声振动系统（超声换 能器、变幅杆）、机 床主体、工作液及其 循环冷却系统。,超声波加工加工设备,1、加工速度及其影响 (1) 工具振幅和频率的影响：实际中应调成共振频率，以获得最大振幅。 (2) 进给压力的影响 (3) 磨料种类和粒度的影响：金刚石、碳化硼、碳化硅等。磨粒硬度越高，加工速度越快，但要考虑成本；磨粒粒度越粗，加工速度越快，但精度和表面粗糙度差。 (4) 被加工材料的影响：越脆越容易加工。 (5) 磨料悬浮液浓度的影响,超声波加工基本规律,2、加工精度及其影响 机床与夹具精度、磨粒粒度、工具精度及其磨损情况、工具横向振动的大小、加工深度、被加工材料性质等。 3、表面质量及其影响 具有较好的表面质量，不会产生表面烧伤和表面变质层。磨粒的尺寸较小、工件材料硬度较大、超声振幅较小时，加工表面粗糙度较好。,1、型孔和型腔的加工,超声波加工的应用,型孔与型腔加工,2、切割加工 3、超声波清洗：利用超声振动在液体中产生的交 变冲击波。 4、超声波焊接 5、复合加工,超声波加工的应用,