第九章 超聲加工

第九章超聲加工第1頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

超聲加工的基本原理和特點(diǎn)一、超聲加工的基本原理⒈超聲波⒉超聲加工⒊波在桿中傳播

⒋空化作用

⒌特點(diǎn)

第2頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

超聲加工的基本原理和特點(diǎn)一、超聲加工的基本原理⒈超聲波：頻率超過(guò)16KHz的振動(dòng)波。⒉超聲加工：

是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過(guò)磨料懸浮液加工脆硬材料的一種成型方法。

⑴磨料的沖擊作用：10g

⑵磨料的拋磨作用：擾動(dòng)

⑶空化作用：高壓爆炸

第3頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

超聲加工的基本原理和特點(diǎn)⒊波在桿中傳播

xMa0第4頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

超聲加工的基本原理和特點(diǎn)第5頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

超聲加工的基本原理和特點(diǎn)最大振幅

最大振幅（共振）為半個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍。

最小振幅

最小振幅為四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。

振幅第6頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

超聲加工的基本原理和特點(diǎn)⒋空化作用：疏區(qū)、密區(qū)、交替、沖擊。⒌特點(diǎn)⑴非導(dǎo)電硬脆材料⑵切削力小，只有磨粒對(duì)局部表面的垂直撞擊。⑶精度0.02㎜，Ra1～0.1μm

無(wú)燒傷，無(wú)金相改變第7頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件①超聲發(fā)生器②聲學(xué)部件③機(jī)床④磨料供給系統(tǒng)

第8頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件一、超聲發(fā)生器

f＞16KHz第9頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件二、聲學(xué)部件

換能器、振幅擴(kuò)大棒、工具。壓電磁致第10頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件⒈壓電⑴壓電效應(yīng)：機(jī)械壓縮或拉伸引起介質(zhì)產(chǎn)生一定電荷，形成一定的電勢(shì)。（機(jī)械變形引起電）⑵逆壓電效應(yīng)：電引起機(jī)械變形交變電壓（正弦波電壓）第11頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件⒉磁致

鐵、鈷、鎳磁場(chǎng)作用產(chǎn)生變形

交變的磁場(chǎng)（交變電流）（正弦波電壓）

長(zhǎng)度為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。

第12頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件第13頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件第14頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件⒊振幅擴(kuò)大棒（變幅桿）

0.005～0.01㎜→0.01～0.1㎜（擴(kuò)大）圓錐型：5～10倍階梯型：20倍以上指數(shù)型：10～20倍長(zhǎng)度為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。第15頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件注意共振，半波長(zhǎng)的整數(shù)倍固定：在波節(jié)點(diǎn)，四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。第16頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件三、機(jī)床

第17頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)超聲波加工設(shè)備及其組成部件四、磨料工作液及其循環(huán)系統(tǒng)第18頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素一、速度

二、加工精度

三、表面質(zhì)量及其影響因素

第19頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素一、速度單位時(shí)間內(nèi)去除材料的多少，單位為g/min或mm3/min。玻璃的最大加工速度達(dá)2000～4000mm3/min。

影響主要因素：工具振動(dòng)頻率、振幅、工具和工件間的靜壓力、磨料的種類和粒度、磨料懸浮液的濃度、供給和循環(huán)方式、工具與工件材料、加工面積、加工深度等。⒈工具端面振幅、頻率⒉進(jìn)給壓力⒊磨料種類和粒度⒋磨料懸浮液濃度

⒌被加工材料

第20頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素⒈工具端面振幅、頻率振幅大、頻率高：加工速度快考慮使用壽命和損耗

使用壽命：過(guò)大的振幅和過(guò)高的頻率會(huì)使工具和變幅桿承受很大的內(nèi)應(yīng)力，超過(guò)疲勞強(qiáng)度降低使用壽命損耗：聯(lián)結(jié)處的損耗增大一般：振幅0.01～0.1㎜，頻率16000～25000Hz，共振頻率。

第21頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素⒉進(jìn)給壓力合適壓力，加工速度最快

過(guò)小：間隙大，減弱撞擊力和打擊深度，加工速度低。過(guò)大：間隙小，磨料和工作液更新困難，加工速度低。第22頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素考慮加工面積，加工面積小時(shí)，單位面積最佳靜壓力可較大加工玻璃，圓形實(shí)心工具加工面積5～13mm2范圍內(nèi)，最佳靜壓力約為400KPa。加工面積20mm2以上，最佳靜壓力約為200～300KPa之間。

第23頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素⒊磨料種類和粒度磨料硬度愈高，加工速度愈快，要考慮成本。根據(jù)加工材料選擇磨料加工金剛石和寶石等超硬材料：金剛石磨料加工硬質(zhì)合金、淬火鋼等高硬脆材料：碳化硼（硬度較高）加工硬度不太高的脆硬材料：碳化硅加工玻璃、石英、半導(dǎo)體等材料：剛玉之類氧化鋁（Al2O3）磨料粒度愈粗，加工速度愈快，但精度和表面粗糙度變差。

第24頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素⒋磨料懸浮液濃度濃度低，磨粒少，加工面積大和深度大時(shí)，加工區(qū)局部可能無(wú)磨料，加工速度低。隨磨料濃度的增加，加工速度增加。濃度過(guò)高，磨料在加工區(qū)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)和撞擊運(yùn)動(dòng)受影響，加工速度降低。通常采用的濃度為磨料對(duì)水的質(zhì)量比約0.5～1左右。

第25頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素⒌被加工材料被加工材料愈脆，承受沖擊載荷的能力愈低，愈易被去除加工。韌性較好的材料，則不易加工。如玻璃的可加工性（生產(chǎn)率）為100%，則鍺、硅半導(dǎo)體單晶為200%～250%，石英為50%，硬質(zhì)合金為2%～3%，淬火鋼為1%，不淬火鋼小于1%。

第26頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素二、加工精度機(jī)床、夾具精度影響外，磨料粒度、工具精度及其磨損情況、工具橫向振動(dòng)大小、加工深度、被加工材料性質(zhì)等有關(guān)。一般加工孔的尺寸精度達(dá)±0.02～0.05mm。

⒈磨料粒度⑴孔的加工范圍一般超聲加工的孔徑范圍約為0.1～90㎜，深度可達(dá)直徑10～20倍以上。第27頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素表1超聲加工功率和最大加工孔徑的關(guān)系

超聲電源輸出功率/W50～100200～300500～7001000～15002000～25004000最大加工盲孔直徑/㎜

5～1015～2025～3030～4040～50＞60用中空工具加工最大通孔直徑/㎜

1520～3040～5060～8080～90＞90第28頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素⑵加工孔的尺寸精度加工出孔的尺寸比工具尺寸大。最小直徑Dmin約等于工具直徑Dt加所用磨料磨粒平均直徑ds的兩倍。Dmin=Dt+2ds

采用240#～280#磨粒時(shí)，一般可達(dá)±0.05㎜，采用W28～W7磨粒時(shí)，可達(dá)±0.02㎜或更高。加工圓孔：形狀誤差主要有橢圓度和錐度。

第29頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素表2磨料粒度及其基本磨粒尺寸范圍

磨料粒度

120#

150#

180#

240#

280#

W40W28W20W14W10W7基本磨粒尺寸范圍/μm125～100100～8080～6363～5050～4040～2828～2020～1414～1010～77～5第30頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素⒉工具精度及磨損形狀誤差主要有圓度和錐度誤差圓度誤差與工具沿圓周磨損不均勻有關(guān)。錐度誤差與工具磨損量有關(guān)。⒊工具橫向振動(dòng)圓度誤差與工具橫向振動(dòng)大小有關(guān)。⒋加工深度⒌被加工材料性質(zhì)

第31頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)超聲波加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素三、表面質(zhì)量及其影響因素⒈磨粒大?、脖患庸げ牧闲再|(zhì)⒊振幅⒋成分無(wú)燒傷和變質(zhì)層，Ra1～0.1μm，取決于每粒磨粒每次撞擊工件表面后留下的凹痕大小。磨粒尺寸小、工件材料硬度大，超聲振幅小時(shí)，加工表面粗糙度得到改善，但生產(chǎn)率降低。第32頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

超聲波加工的應(yīng)用一、型孔、型腔加工二、切割加工三、復(fù)合加工四、超聲清洗

第33頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

超聲波加工的應(yīng)用一、型孔、型腔加工第34頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

超聲波加工的應(yīng)用二、切割加工

第35頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

超聲波加工的應(yīng)用第36頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

超聲波加工的應(yīng)用三、復(fù)合加工

⒈超聲電解復(fù)合加工

⒉超聲電火花復(fù)合加工⒊超聲拋光及電解超聲復(fù)合加工

⒋超聲振動(dòng)切削⒌超聲振動(dòng)珩磨第37頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

超聲波加工的應(yīng)用⒈超聲電解復(fù)合加工⒉超聲電火花復(fù)合加工第38頁(yè)，課件共43頁(yè)