超聲加工技術(shù)課件

超聲加工11.超聲加工

（UltrasonicMachining,USM)超聲加工的基本原理和特點(diǎn)超聲加工設(shè)備及其組成部分超聲加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素超聲波的應(yīng)用技術(shù)超聲加工新技術(shù)11.1超聲加工的基本原理和特點(diǎn)11.1.1超聲波及其特性11.1.2超聲加工的基本原理11.1.3超聲加工的特點(diǎn)11.1.1超聲波及其特性

超聲波的頻率范圍10-4Hz

16Hz16kHz105kHz次聲波超聲波可聽聲波超聲波的特性（1）超聲波為縱波，可在各種介質(zhì)中傳播傳遞速度c=λf

，λ-波長(zhǎng)，f-頻率不同介質(zhì)中傳播速度不同c空氣=331m/s，c水=1430m/sc鐵=5850m/s0

100020003000400050006000

傳遞速度（m/s）超聲波的特性（2）可傳遞很強(qiáng)的能量

傳播的能量密度垂直于波的傳播方向單位面積上的能量J=ρc(ωA)2/2ω=2πf(rad/s)A—振幅（mm）ρ—介質(zhì)的密度固體、液體的ρ和c大→J大

超聲波的特性（3）在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，在界面上產(chǎn)生液壓沖擊空化現(xiàn)象形成真空，產(chǎn)生氣泡空泡閉合，形成壓力高頻上下運(yùn)動(dòng)：f

＞16kHz

超聲波的特性（4）

通過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，波速突變折射反射介質(zhì)的波阻抗ρc之差越大，反射率越大連接面間加入凡士林或機(jī)油固體(液體)空氣反射率≈100%

超聲波的特性（5）

在一定條件下，產(chǎn)生干涉和共振現(xiàn)象距入射端距離為x的b點(diǎn)處：入射波反射波合成波共振的條件：桿長(zhǎng)為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，L=kλ/2波節(jié)M點(diǎn)處：不振動(dòng)ABM11.1.2超聲加工的基本原理加工原理沖擊(為主)拋磨磨料沖擊工件表面空化作用工作液進(jìn)入裂縫加快磨料更新速度有助于排屑11.1.3超聲加工的特點(diǎn)適合加工各種硬脆材料加工質(zhì)量高，尺寸精度0.01~0.02mm，Ra0.63~0.08μm，無(wú)殘余應(yīng)力宏觀切削力小，切削熱小，適合加工薄壁、窄縫、低剛度件可加工復(fù)雜型面及型腔加工效率低工具有損耗11.2超聲加工設(shè)備及其組成部分超聲波發(fā)生器超聲振動(dòng)系統(tǒng)超聲換能器變幅桿工具機(jī)床本體輔助系統(tǒng)磨料懸浮液循環(huán)系統(tǒng)換能器冷卻系統(tǒng)1--工作臺(tái)

2--上具

3--變幅桿

4--換能器

5--導(dǎo)軌

6--支架

7--平衡重錘

123546711.2.1超聲波發(fā)生器功率放大器信號(hào)放大器震蕩器電源作用：產(chǎn)生超聲頻率的電流11.2.2超聲振動(dòng)系統(tǒng)

超聲換能器作用高頻電振蕩→機(jī)械能換能器長(zhǎng)度=kλ/2種類壓電效應(yīng)式磁致伸縮式磁場(chǎng)強(qiáng)度(A/m)相對(duì)伸長(zhǎng)量壓電效應(yīng)式石英晶體、鈦酸鋇(BaTiO3)、鋯鈦酸鉛(ZrPbTiO3)伸縮量小(石英晶體：3kV時(shí)，0.01μm)用于小功率超聲加工磁致伸縮式鐵磁體(Fe、Co、Ni)、鐵氧體有高頻渦流損失→片狀疊加“雙頻現(xiàn)象”

交流正弦波→脈動(dòng)直流勵(lì)磁電流變幅桿作用：放大振幅振幅放大原理J=ρc(ωA)2/2振幅A=(2J/K)1/2其中，K=ρcω2S1S2J1×S1=J2×S2A=0.005~0.01mm→

A=0.01~0.1mm變幅桿的形式(5~10倍)(10~20倍)(＞20倍)

工具

工具材料：45＃鋼等韌性材料部件之間應(yīng)連接緊密螺紋連接處：涂凡士林油支撐點(diǎn)應(yīng)選在“駐波節(jié)電”處11.2.3超聲加工機(jī)床

加工壓力調(diào)節(jié)：聲部的自重-平衡重調(diào)壓機(jī)構(gòu)：杠桿、彈簧、氣動(dòng)、電磁鐵11.3超聲加工速度、精度、表面質(zhì)量

及其影響因素

影響加工速度的因素

工具的振幅和頻率進(jìn)給壓力磨料的硬度和粒度磨料懸浮液的濃度工件和工具材料

影響加工速度的因素（1）工具的振幅和頻率振幅A

↑→沖擊力↑→加工速度↑過(guò)大→內(nèi)應(yīng)力↑→工具壽命↓頻率f

↑→沖擊次數(shù)↑→加工速度↑過(guò)大→能量損失↑→加工速度↓一般：A=0.01～0.1mm，f=16~25kHz影響加工速度的因素（2）進(jìn)給壓力過(guò)小→工作間隙↑→沖擊力↓→加工速度↓過(guò)大→磨料被擠出來(lái)

→加工速度↓影響加工速度的因素（3）磨料的硬度和粒度

硬度↑→加工速度↑粒度過(guò)小→能量損失↑→加工速度↓→更新速度↓→加工速度↓粒度過(guò)大→同時(shí)參與磨粒數(shù)↓→加工速度↓影響加工速度的因素（4）磨料懸浮液的濃度濃度過(guò)小→磨粒數(shù)↓→加工速度↓濃度過(guò)大→能量損失↑→加工速度↓→更新速度↓→加工速度↓影響加工速度的因素（5）工件材料脆性↑→受沖擊載荷的能力↓→加工速度↑超聲加工精度和表面質(zhì)量孔加工范圍Φ0.1~90mm，深徑比＞20孔加工精度0.05~0.02mm表面粗糙度Ra1~0.08um11.4超聲波的應(yīng)用技術(shù)超聲切割加工型孔、型腔加工超聲振動(dòng)切削超聲清洗超聲波測(cè)距超聲波探傷超聲霧化11.4.1超聲切割加工單晶硅片切割方法絞合線結(jié)構(gòu)示意圖11.4.2型孔、型腔加工

存在問(wèn)題工具有損耗損耗不易補(bǔ)償影響加工精度a）微細(xì)孔b）型腔

c）異形通孔

d)彎曲孔

e)刻槽

g）套料

h）切圓

i）復(fù)雜溝槽11.4.3超聲振動(dòng)切削11.4.3超聲振動(dòng)切削11.4.3超聲振動(dòng)切削11.4.4超聲波復(fù)合振動(dòng)研磨11.4.5超聲清洗(1)11.4.5超聲清洗(2)11.4.5超聲清洗(