第九章 超声加工 第一节 超声加工的基本原理和特点  第二节 超声波加工设备及其组成部件 第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素  第四节 超声波加工的应用  第一节 超声加工的基本原理和特点 一、超声加工的基本原理 ⒈超声波 ⒉超声加工 ⒊波在杆中传播  ⒋空化作用  ⒌特点  第一节 超声加工的基本原理和特点 一、超声加工的基本原理 ⒈超声波： 频率超过16KHz的振动波。 ⒉超声加工：       是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。    ⑴磨料的冲击作用：10g  ⑵磨料的抛磨作用：扰动   ⑶空化作用：高压爆炸  第一节 超声加工的基本原理和特点 ⒊波在杆中传播  第一节 超声加工的基本原理和特点 第一节 超声加工的基本原理和特点 最大振幅      ? ? ? ? ? ? ? 最大振幅（共振）为半个波长的整数倍。  最小振幅 ? ? ? ? ? ? ?  最小振幅为四分之一波长的奇数倍。  第一节 超声加工的基本原理和特点 ⒋空化作用：     疏区、密区、交替、冲击。 ⒌特点    ⑴非导电硬脆材料    ⑵切削力小，只有磨粒对局部表面的垂直撞击。    ⑶精度0.02㎜，Ra1～0.1μm        无烧伤，无金相改变 第二节 超声波加工设备及其组成部件  ①超声发生器 ②声学部件 ③机床 ④磨料供给系统  第二节 超声波加工设备及其组成部件 一、超声发生器          f ＞16KHz 第二节 超声波加工设备及其组成部件 二、声学部件         换能器、振幅扩大棒、工具。   压电  磁致 第二节 超声波加工设备及其组成部件 第二节 超声波加工设备及其组成部件 ⒉磁致    铁、钴、镍磁场作用产生变形    交变的磁场（交变电流）（正弦波电压）    长度为半波长的整数倍。  第二节 超声波加工设备及其组成部件 第二节 超声波加工设备及其组成部件 第二节 超声波加工设备及其组成部件 ⒊振幅扩大棒（变幅杆）      第二节 超声波加工设备及其组成部件 第二节 超声波加工设备及其组成部件 三、机床  第二节 超声波加工设备及其组成部件 四、磨料工作液及其循环系统    第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素  一、速度  二、加工精度  三、表面质量及其影响因素  第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 一、速度 单位时间内去除材料的多少，单位为g/min或mm3/min。玻璃的最大加工速度达2000～4000 mm3/min。  影响主要因素： 工具振动频率、振幅、工具和工件间的静压力、磨料的种类和粒度、磨料悬浮液的浓度、供给和循环方式、工具与工件材料、加工面积、加工深度等。  ⒈工具端面振幅、频率  ⒉进给压力  ⒊磨料种类和粒度  ⒋磨料悬浮液浓度  ⒌被加工材料  第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 ⒈工具端面振幅、频率   振幅大、频率高 ：加工速度快  考虑使用寿命和损耗  使用寿命：         过大的振幅和过高的频率会使工具和变幅杆承受很大的内应力，超过疲劳强度降低使用寿命 损耗：    联结处的损耗增大  一般：振幅0.01～0.1㎜，频率16000～25000Hz，共振频率。              第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 ⒉进给压力 合适压力，加工速度最快  过小：间隙大，减弱撞击力和打击深度，加工速度低。 过大：间隙小，磨料和工作液更新困难，加工速度低。 第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 考虑加工面积，加工面积小时，单位面积最佳静压力可较大加工玻璃，圆形实心工具 加工面积5～13 mm2范围内，最佳静压力约为400KPa。 加工面积20 mm2以上，最佳静压力约为200～300KPa之间。  第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 ⒊磨料种类和粒度 磨料硬度愈高，加工速度愈快，要考虑成本。 根据加工材料选择磨料         加工金刚石和宝石等超硬材料：金刚石磨料         加工硬质合金、淬火钢等高硬脆材料：碳化硼（硬度较高）         加工硬度不太高的脆硬材料：碳化硅         加工玻璃、石英、半导体等材料：刚玉之类氧化铝（Al2O3）    磨料粒度愈粗，加工速度愈快，但精度和表面粗糙度变差。  第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 ⒋磨料悬浮液浓度 浓度低，磨粒少， 加工面积大和深度大时，加工区局部可能无磨料，加工速度低。 随磨料浓度的增加，加工速度增加。 浓度过高，磨料在加工区的循环运动和撞击运动受影响，加工速度降低。   通常采用的浓度为磨料对水的质量比约0.5～1左右。  第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 ⒌被加工材料 被加工材料愈脆，承受冲击载荷的能力愈低，愈易被去除加工。 韧性较好的材料，则不易加工。 如玻璃的可加工性（生产率）为100%，则 锗、硅半导体单晶为200%～250%， 石英为50%， 硬质合金为2%～3%， 淬火钢为1%，   不淬火钢小于1%。   第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 二、加工精度     机床、夹具精度影响外，   磨料粒度、工具精度及其磨损情况、工具横向振动大小、加工深度、被加工材料性质等有关。一般加工孔的尺寸精度达±0.02～0.05mm。  ⒈磨料粒度  ⑴孔的加工范围       一般超声加工的孔径范围约为0.1～90㎜，深度可达直径10～20倍以上。  第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 表1 超声加工功率和最大加工孔径的关系  第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 ⑵加工孔的尺寸精度   加工出孔的尺寸比工具尺寸大。最小直径Dmin约等于工具直径Dt加所用磨料磨粒平均直径ds的两倍。 Dmin=Dt+2ds ? 采用240#～280#磨粒时，一般可达±0.05㎜， 采用W28～W7磨粒时，可达±0.02㎜或更高。 加工圆孔：形状误差主要有椭圆度和锥度。  第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 表2 磨料粒度及其基本磨粒尺寸范围  第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 ⒉工具精度及磨损 形状误差主要有圆度和锥度误差 圆度误差与工具沿圆周磨损不均匀有关。 锥度误差与工具磨损量有关。 ⒊工具横向振动 圆度误差与工具横向振动大小有关。 ⒋加工深度 ⒌被加工材料性质  第三节 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响因素 三、表面质量及其影响因素 ⒈磨粒大小 ⒉被加工材料性质 ⒊振幅 ⒋成分 无烧伤和变质层，Ra1～0.1μm，取决于每粒磨粒每次撞击工件表面后留下的凹痕大小。 磨粒尺寸小、工件材料硬度大，超声振幅小时，加工表面粗糙度得到改善，但生产率降低。  第四节 超声波加工的应用 一、型孔、型腔加工 二、切割加工 三、复合加工 四、超声清洗  第四节 超声波加工的应用 一、型孔、型腔加工 第四节 超声波加工的应用 二、切割加工  第四节 超声波加工的应用 第四节 超声波加工的应用 三、复合加工   ⒈超声电解复合加工    ⒉超声电火花复合加工  ⒊超声抛光及电解超声复合加工   ⒋超声振动切削   ⒌超声振动珩磨 第四节 超声波加工的应用 ⒈超声
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