超聲加工11.超聲加工

（UltrasonicMachining,USM)超聲加工的基本原理和特點超聲加工設備及其組成部分超聲加工速度、精度、表面質量及其影響因素超聲波的應用技術超聲加工新技術11.1超聲加工的基本原理和特點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，可在各種介質中傳播傳遞速度c=λf

，λ-波長，f-頻率不同介質中傳播速度不同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）在液體介質中傳播時，在界面上產生液壓沖擊空化現象形成真空，產生氣泡空泡閉合，形成壓力高頻上下運動：f

＞16kHz

超聲波的特性（4）

通過不同介質時，波速突變折射反射介質的波阻抗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，產生干涉和共振現象距入射端距離為x的b點處：入射波反射波合成波共振的條件：桿長為半波長的整數倍，L=kλ/2波節M點處：不振動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超聲加工的特點適合加工各種硬脆材料加工質量高，尺寸精度0.01~0.02mm，Ra0.63~0.08μm，無殘余應力宏觀切削力小，切削熱小，適合加工薄壁、窄縫、低剛度件可加工復雜型面及型腔加工效率低工具有損耗11.2超聲加工設備及其組成部分超聲波發生器超聲振動系統超聲換能器變幅桿工具機床本體輔助系統磨料懸浮液循環系統換能器冷卻系統1--工作臺

2--上具

3--變幅桿

4--換能器

5--導軌

6--支架

7--平衡重錘

123546711.2.1超聲波發生器功率放大器信號放大器震蕩器電源作用：產生超聲頻率的電流11.2.2超聲振動系統

超聲換能器作用高頻電振蕩→機械能換能器長度=kλ/2種類壓電效應式磁致伸縮式磁場強度(A/m)相對伸長量壓電效應式石英晶體、鈦酸鋇(BaTiO3)、鋯鈦酸鉛(ZrPbTiO3)伸縮量小(石英晶體：3kV時，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“雙頻現象”

交流正弦波→脈動直流勵磁電流變幅桿作用：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連接緊密螺紋連接處：涂凡士林油支撐點應選在“駐波節電”處11.2.3超聲加工機床

加工壓力調節：聲部的自重-平衡重調壓機構：杠桿、彈簧、氣動、電磁鐵11.3超聲加工速度、精度、表面質量

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↑過大→內應力↑→工具壽命↓頻率f

↑→沖擊次數↑→加工速度↑過大→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）進給壓力過小→工作間隙↑→沖擊力↓→加工速度↓過大→磨料被擠出來

→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↑粒度過小→能量損失↑→加工速度↓→更新速度↓→加工速度↓粒度過大→同時參與磨粒數↓→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小→磨粒數↓→加工速度↓濃度過大→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超聲波的應用技術超聲切割加工型孔、型腔加工超聲振動切削超聲清洗超聲波測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構示意圖11.4.2型孔、型腔加工

存在問題工具有損耗損耗不易補償影響加工精度a）微細孔b）型腔

c）異形通孔

d)彎曲孔

e)刻槽

g）套料

h）切圓

i）復雜溝槽11.4.3超聲振動切削11.4.3超聲振動切削11.4.3超聲振動切削11.4.4超聲波復合振動研磨11.4.5超聲清洗(1)11.4.5超聲清洗(2)11.4.5超聲清洗(