超聲加工技術(shù)實(shí)用教案

1、面向先進(jìn)性材料的超聲加工面向先進(jìn)性材料的超聲加工(ji gng)技術(shù)技術(shù)摘要：隨著先進(jìn)性材料的廣泛使用，普通的加工模式在效能、可生產(chǎn)性、質(zhì)量方面已經(jīng)不能滿足要求，如何有效地解決這些大量出現(xiàn)的先進(jìn)性材料的加工問題，成為困擾制造業(yè)的難題。文中就用于先進(jìn)性材料加工的超聲加工技術(shù)進(jìn)行論述，分析超聲加工值得推廣使用的理由、基本的原理、基本工藝規(guī)律以及最新發(fā)展?fàn)顩r和研究成果等。關(guān)鍵詞：超聲振動(dòng)(zhndng)加工；先進(jìn)性材料；工藝；應(yīng)用第1頁/共19頁第一頁，共20頁。面向面向(min xin)先進(jìn)性材料的超聲加工技術(shù)先進(jìn)性材料的超聲加工技術(shù)0 引言(ynyn) 1 先進(jìn)性材料(cilio)的定義及加工特

2、點(diǎn)2 超聲加工在先進(jìn)性材料上的優(yōu)勢(shì)4超聲加工的未來發(fā)展趨勢(shì)3超聲加工原理 5總結(jié)第2頁/共19頁第二頁，共20頁。0引言(ynyn)隨著制藥、光學(xué)和汽車工業(yè)等諸多工業(yè)部門對(duì)高負(fù)荷零件需求的日益增加，人們使用了許多所謂的“高性能材料”，如陶瓷、玻璃、硬質(zhì)合金等。這類材料具有很好的特性，如重量輕、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕等，但是它們的硬脆特性，若使用傳統(tǒng)的加工方法(如磨削、金剛石刀具加工等)將難以進(jìn)行加工，或者是加工費(fèi)用昂貴。超聲加工技術(shù)，是針對(duì)當(dāng)前急速增長的先進(jìn)性材料工件加工需求市場(chǎng)，所開發(fā)的一項(xiàng)面向未來的新型工藝。它是基于超聲波控制(kngzh)的加工主軸和最新加工機(jī)結(jié)合的超聲加工過程，

3、采用靈活的高頻振動(dòng)的磨削、鉆削和銑削加工工藝，可以十分經(jīng)濟(jì)地加工各類先進(jìn)性材料。第3頁/共19頁第三頁，共20頁。1先進(jìn)性材料(cilio)的定義及加工特點(diǎn)對(duì)于先進(jìn)性材料，目前尚無明確的定義，本文中所描述的先進(jìn)性材料指對(duì)于高科技的、未來的材料，如陶瓷、玻璃、硬質(zhì)合金、剛玉、碳化硅、氧化鋯、復(fù)合物或者PCDCBN的總稱。此類先進(jìn)性材料對(duì)于傳統(tǒng)的切削加工而言，要完成精確成形加工，均屬于難切削材料。不僅如此，在加工效率方面也是大問題，因?yàn)檫@些材料硬度都非常地大，常規(guī)加工難以實(shí)現(xiàn)。這其中的材料部分為非導(dǎo)體，不是電加工技術(shù)( jsh)的適用對(duì)象。同樣，由于激光加工技術(shù)( jsh)加工過程的基礎(chǔ)是利用熱，

4、因材料熔點(diǎn)的限制，在加工過程中不能排除材料有熱損傷和微細(xì)龜裂的出現(xiàn)。在以往切削方法中，要經(jīng)過長時(shí)間作業(yè)，才能勉強(qiáng)滿足加工要求。在這種情況下，不僅刀具磨損大，加工效率低，而且零件表面質(zhì)量也得不到有效的保障。第4頁/共19頁第四頁，共20頁。2超聲加工(ji gng)在先進(jìn)性材料上的優(yōu)勢(shì)對(duì)于先進(jìn)性材料，在沒有用超聲加工時(shí)，切削過程由于摩擦產(chǎn)生大量的切削熱，在工件上會(huì)產(chǎn)生微細(xì)龜裂，從質(zhì)量上考慮，這些工件還必須再進(jìn)行一次磨削加工，而且工具磨損也很快。在用超聲作沖擊切削加工時(shí)，效能約有60-70被激活( j hu)。因而，回轉(zhuǎn)工具運(yùn)動(dòng)沒有浪費(fèi)，其大部分用于工件粒子的除去作業(yè)。第5頁/共19頁第五頁，共2

5、0頁。2超聲加工在先進(jìn)性材料(cilio)上的優(yōu)勢(shì)因?yàn)闊嵊绊懮?，工具的接觸肘間短、切削力較小，不會(huì)形成龜裂和刃邊的損壞。超聲加工采用刀具和工件之間非連續(xù)性的接觸和分離(fnl)加工方式。由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時(shí)局部的沖擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，將有效減少加工過程中能量和熱應(yīng)力的副作用，不會(huì)產(chǎn)生變形及燒傷，大大降低了作用力和熱負(fù)荷，保護(hù)了刀具和工件，并且能明顯降低材料微裂的發(fā)生率。對(duì)于那些刀具在傳統(tǒng)加工過程中變鈍的應(yīng)用案例，超聲振動(dòng)加工技術(shù)被推薦為一種合適的解決方案。第6頁/共19頁第六頁，共20頁。2超聲加工(ji gng)在先進(jìn)性材料上的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)在由于采用了靈活的、支持振動(dòng)加

6、工的磨削(m xio)、鉆削和銑削的超聲加工技術(shù)，使得零件在一次裝夾加工過程中就能達(dá)到Ra02 p m的高質(zhì)量的表面粗糙度，同時(shí)又能有效減少加工過程應(yīng)力，延長刀具壽命，并且可使生產(chǎn)力提高5倍。某硬質(zhì)合金材質(zhì)的沖壓工具，采用超聲振動(dòng)加工的方式，可以在一次裝夾加工過程中被高精密地進(jìn)行加工制造，而無需煩瑣地對(duì)工件進(jìn)行放電加工及其他的加工。一些特殊的光學(xué)玻璃，其結(jié)構(gòu)多由磨砂和高拋光的不規(guī)則曲面所組成，若采用傳統(tǒng)加工的方式非常難以實(shí)現(xiàn)且成本很高，現(xiàn)在都可以通過超聲振動(dòng)加工來實(shí)現(xiàn)，而且可以有效地防止飛邊和毛刺的產(chǎn)生，同時(shí)可以獲得優(yōu)質(zhì)的表面質(zhì)量。超聲加工同樣也適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件。 第7頁/共19

7、頁第七頁，共20頁。33超聲加工超聲加工(ji gng)(ji gng)原原理理 由超聲發(fā)生器產(chǎn)生高頻電振蕩，施加于超聲換能器上，將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲頻振動(dòng)。超聲振動(dòng)通過變幅桿放大振幅，并驅(qū)動(dòng)以一定的靜壓力，壓在工件表面上的工具產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動(dòng)。在加工過程中通過讓工具以超過每秒兩萬次的頻率振動(dòng)，提高切削性能的同時(shí)，使得零件的加工周期大幅縮短。在工具上疊加一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以保證工件的加工精度，同時(shí)也保證了切屑能在有效范圍內(nèi)被快速排除?？傊?，超聲加工是磨料懸浮液中的磨粒，在超聲振動(dòng)下的沖擊、拋磨和空化現(xiàn)象綜合切蝕作用的結(jié)果(ji gu)。其中，以磨粒不斷沖擊為主。由此可見，脆硬的材料，受沖擊作

8、用愈容易被破壞，故尤其適于超聲加工。 第8頁/共19頁第八頁，共20頁。3超聲加工超聲加工(ji gng)原理原理 磨料懸浮液在超聲振動(dòng)和一定壓力下，不停地高速?zèng)_擊懸浮液中的磨粒，并作用于加工區(qū)，使該處材料變形，直至擊碎成微粒和粉末(fnm)。同時(shí)，由于磨料懸浮液的不斷攪動(dòng)，促使磨料高速拋磨工件表面，又由于超聲振動(dòng)產(chǎn)生的空化現(xiàn)象，在工件表面形成液體空腔，促使混合液滲入工件材料的縫隙里，而空腔的瞬時(shí)閉合產(chǎn)生強(qiáng)烈的液壓沖擊，強(qiáng)化了機(jī)械拋磨工件材料的作用，并有利于加工區(qū)磨料懸浮液的均勻攪拌和加工產(chǎn)物的排除。隨著磨料懸浮液不斷地循環(huán)，磨粒的不斷更新，加工產(chǎn)物的不斷排除，實(shí)現(xiàn)了超聲加工的目的。第9頁/共

9、19頁第九頁，共20頁。4超聲加工(ji gng)的未來發(fā)展趨勢(shì)隨著大量先進(jìn)性材料的使用(shyng)，超聲加工得到越來越多的認(rèn)可和應(yīng)用，但相比傳統(tǒng)的加工方式，超聲加工仍舊處于較低的起步階段。在大力推廣超聲加工的過程中，對(duì)超聲加工技術(shù)也提出了更高的要求?；诂F(xiàn)有的技術(shù)，需要不斷提升現(xiàn)有的超聲加工技術(shù)水平和應(yīng)用能力，在以后的工作中開展以下幾個(gè)方面的工作。第10頁/共19頁第十頁，共20頁。4超聲加工(ji gng)的未來發(fā)展趨勢(shì)4.1 4.1 超聲加工刀具超聲加工刀具(doj)(doj)材料的新進(jìn)展材料的新進(jìn)展 4.2 超聲加工(ji gng)系統(tǒng)的提升 4.3 超聲銑削加工技術(shù)的研究 4.4

10、超聲加工規(guī)律的深入探索 4.5 超聲復(fù)合加工技術(shù) 第11頁/共19頁第十一頁，共20頁。在現(xiàn)代制造中，對(duì)零件的精度和質(zhì)量的要求越來越高，但在加工一些先進(jìn)性材料的過程中，僅僅依靠對(duì)常規(guī)材料所制的刀具，優(yōu)化其幾何參數(shù)的方法已難以滿足使用要求，必須對(duì)刀具材質(zhì)本身進(jìn)行改革。在現(xiàn)階段的超聲加工中，主要是以金剛石和超細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金材料所制成的刀具，很大程度上滿足了超聲加工的使用需求。采用專用(zhunyng)粘合劑的SAUER超聲金剛石刀具，能夠?yàn)楦哂捕却嘈圆牧弦约皞鹘y(tǒng)加工工藝上的難切削材料提供經(jīng)濟(jì)型的加工方案。 41 超聲加工(ji gng)刀具材料的新進(jìn)展第12頁/共19頁第十二頁，共20頁。現(xiàn)有的

11、超聲加工系統(tǒng)多用于加工一些小型化的零件，雖然加工的精度和質(zhì)量方面得到了有效的保障，但在實(shí)際加工過程中因設(shè)備輸出的功率小導(dǎo)致加工效率較低、成本較高。因此，面對(duì)巨大( jd)的市場(chǎng)需求，需要研制出高效、節(jié)能、生產(chǎn)成本低廉的新型的超聲加工系統(tǒng)。42 超聲加工(ji gng)系統(tǒng)的提升第13頁/共19頁第十三頁，共20頁。隨著各類先進(jìn)性材料的應(yīng)用日益廣泛，三維復(fù)雜型面的成型加工十分困難。采用基于分層去除思想的超聲銑削加工技術(shù)，解決了傳統(tǒng)超聲加工中工具損耗嚴(yán)重且不能在線(zi xin)補(bǔ)償?shù)碾y題，使加工帶有尖角和銳邊的三維復(fù)雜型面工程陶瓷零件成為可能，為工程陶瓷的廣泛應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。43 超聲

12、銑削(x xu)加工技術(shù)的研究第14頁/共19頁第十四頁，共20頁?，F(xiàn)有階段，影響超聲加工的技術(shù)指標(biāo)主要包括加工速度，加工精度及加工表面質(zhì)量等幾個(gè)方面，且經(jīng)過近些年的發(fā)展已積累( jli)了一些規(guī)律性的經(jīng)驗(yàn)，但在超聲加工狀態(tài)下刀具與工件相互之間作用的力學(xué)分析，切削機(jī)理的微觀研究等方面仍舊值得深入地研究探討。44 超聲加工規(guī)律(gul)的深入探索第15頁/共19頁第十五頁，共20頁。超聲加工的效能更多地體現(xiàn)在與其他(qt)的加工方式相疊加的復(fù)合加工過程中，如與銑削、鉆削、磨削、電火花、電解等相結(jié)合。采用超聲復(fù)合加工技術(shù)，可以綜合各類加工方式的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避其弱點(diǎn)，也可以實(shí)現(xiàn)裝夾后的多道工序的一次加工

13、成型，降低制造成本，保證零件質(zhì)量。 45超聲復(fù)合加工(ji gng)技術(shù)第16頁/共19頁第十六頁，共20頁。先進(jìn)性材料加工的市場(chǎng)需求，推動(dòng)和促進(jìn)了超聲加工技術(shù)的發(fā)展，但超聲加工技術(shù)的不斷提升才是提升先進(jìn)性材料發(fā)展的有利保障。超聲加工不受材料導(dǎo)電性能的限制，工具對(duì)工件的宏觀作用力小、熱影響小，因而可加工薄壁、窄縫和薄片工件。被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或強(qiáng)度、韌性越大則越難加工。超聲加工并不是種獨(dú)立的加工方式，可以與其他多種加工方法結(jié)合應(yīng)用，如超聲振動(dòng)切削(qixio)、超聲電火花加工和超聲電解加工等拓寬了復(fù)合加工的領(lǐng)域。超聲加工有著切削(qixio)加工、激光切割加工、電加工等加

14、工方式無法比擬的優(yōu)勢(shì)，其未來發(fā)展的前景必將十分廣闊。但超聲加工在制造業(yè)的普及率仍處于較低的狀態(tài)，成本仍舊比較高，對(duì)于超聲加工的規(guī)律及加工特點(diǎn)仍然需要不斷地探索。爭(zhēng)取讓超聲加工更好地發(fā)揮其效能，服務(wù)于先進(jìn)性材料的加工。5總結(jié)(zngji)第17頁/共19頁第十七頁，共20頁。參考文獻(xiàn)：【1】周旭光，等特種加工技術(shù)M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004【2】劉晉春，等特種加工M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999【3】王先遣,精密加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001【4】ULTRASONIC/LASERTEC技術(shù)R專訪以及用戶報(bào)告【5】趙福令，馮冬菊，史俊才，郭東明陶瓷材料超聲旋轉(zhuǎn)(xunzhun)加工技術(shù)R電加工與模具，2001【6】張存信，楊繼先，曹文燕超聲振動(dòng)精密加工研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)陰熱處理技術(shù)與裝備，2006【7】程學(xué)艷，郭文娟，林彬，于思遠(yuǎn)超聲波加工機(jī)床極其發(fā)展J新技術(shù)新工藝，2004【8】梁晶晶，劉永姜，吳雁，郭以偉超聲加工技術(shù)及其在陶瓷加工中的應(yīng)用明機(jī)械管理開發(fā)2008【9】曹風(fēng)國，張勤儉超聲加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，電加工與模具，2005第18頁/共19頁第十八頁，共20頁。謝謝您的觀看(gunkn)！