《特種加工技術(shù)》課件 項(xiàng)目九-超聲加工技術(shù)

《特種加工技術(shù)》項(xiàng)目九超聲加工技術(shù)項(xiàng)目九超聲加工技術(shù)同學(xué)們，大家可能都聽說過超聲波，也知道超聲波可以用來探測距離。蝙蝠正是利用鼻腔發(fā)出的超聲波來探測空中的飛蟲，從而能準(zhǔn)確的捕捉到它們；同樣利用超聲波定位獵物的還有海豚，海豚靠發(fā)出的超聲波能夠在昏暗的海水中定位魚群的位置并獵取它們。此外，潛艇頭部安裝的聲納也是利用超聲波探測物體的原理來探測敵方的軍艦和潛艇?？茖W(xué)家受超聲波探測并定位物體的原理發(fā)明了雷達(dá)，雷達(dá)的發(fā)明，開啟了人類探索大自然的新紀(jì)元。超聲波在生活、生產(chǎn)、軍事科技上都有著重要的作用，如圖9-1所示。那么請大家思考一下，超聲波還有哪些作用呢？

圖9-1超聲波的常見作用學(xué)習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)波加工技術(shù)的應(yīng)用學(xué)習(xí)任務(wù)二項(xiàng)目九超聲加工技術(shù)知識(shí)目標(biāo)1.掌握超聲波加工技術(shù)的原理2.理解超聲波加工技術(shù)的特點(diǎn)3.掌握超聲波加工設(shè)備的組成4.掌握超神波加工技術(shù)的使用能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)1.能夠初步分析超聲波加工技術(shù)原理2.能夠根據(jù)零件特點(diǎn)合理選擇超聲波加工設(shè)備1.培養(yǎng)安全規(guī)范生產(chǎn)意識(shí)2.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)3.培養(yǎng)分析問題解決問題的能力項(xiàng)目九超聲加工技術(shù)超聲波除了上述用于探測物體外，還可以進(jìn)行加工。超聲波加工是利用超聲頻作小振幅振動(dòng)的工具，并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工，英文簡稱為USM。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)

知識(shí)能力

技能能力

素質(zhì)能力掌握超聲波加工技術(shù)的原理理解超聲波加工技術(shù)的特點(diǎn)123培養(yǎng)分析問題解決問題的能力能夠初步分析超聲波加工技術(shù)原理任務(wù)目標(biāo)任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)聲波是人耳能感受的一種縱波，它的頻率在16～16000Hz范圍內(nèi)。當(dāng)頻率超過16000Hz，超出人耳的聽覺范圍時(shí)，就稱為超聲波。人耳也聽不到地震等頻率低于16Hz的次聲波。超聲波和聲波一樣，可以在氣體、液體和固體介質(zhì)中縱向（前進(jìn)方向）傳播。由于超聲波頻率高、波長短、能量大，所以傳播時(shí)反射、折射、共振及損耗等現(xiàn)象更顯著。在不同介質(zhì)中，超聲波傳播的速度c也不同（例如c空氣=331m/s，c水=1430m/s，c鐵=5850m/s），它與波長l

和頻率f之間的關(guān)系可用下式表示：任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)知識(shí)鏈接一、超聲波及其特性

（9-1）任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)超聲波主要具有下列特性：（1）超聲波能傳遞很強(qiáng)的能量。超聲波的作用主要是對其傳播方向上的障礙物施加壓力（聲壓）。因此，有時(shí)可用這個(gè)壓力的大小來表示超聲波的強(qiáng)度，傳播的波動(dòng)能量越強(qiáng)，則壓力也越大。振動(dòng)能量的強(qiáng)弱，用能量密度來衡量。能量密度就是通過垂直波的傳播方向的單位面積的能量，用符號J來表示，單位為W/cm2，則（9-2）式中：r——彈性介質(zhì)的（k密度g·m-3））c——彈性介質(zhì)中的波速（m·s-1））A——振動(dòng)的振幅（mm）

w

——角頻率，=2f（rad·s-1）任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)超聲波主要具有下列特性：（2）當(dāng)超聲波經(jīng)過液體介質(zhì)傳播時(shí)，將以極高的頻率壓迫液體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，在液體介質(zhì)中連續(xù)地形成壓縮和稀疏區(qū)域，由于液體基本上不可壓縮，因此會(huì)產(chǎn)生壓力正、負(fù)交變的液壓沖擊和空化現(xiàn)象。由于這一交變的脈沖壓力作用在鄰近的零件表面上會(huì)使其破壞，因此會(huì)引起固體物質(zhì)分散、破碎等效應(yīng)。（3）超聲波通過不同介質(zhì)時(shí)，在界面上發(fā)生波速突變，產(chǎn)生波的反射和折射現(xiàn)象。能量反射的大小，取決于兩種介質(zhì)的波阻抗（密度與波速的乘積c稱為波阻抗），介質(zhì)的波阻抗相差越大，超聲波通過界面時(shí)能量的反射率越高。任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)超聲波主要具有下列特性：（4）超聲波在一定條件下，會(huì)產(chǎn)生波的干涉和共振現(xiàn)象，如圖9-2所示為超聲波在固體彈性桿（聲和超聲在一切固體中傳播時(shí)，固體中的各點(diǎn)分子都可在原地振動(dòng)，都可將固體看作彈性體）中傳播時(shí)各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的情況，圖中把各點(diǎn)在水平方向的振幅畫在垂直方向以更直觀。當(dāng)超聲波從桿的一端向另一端傳播時(shí)，在桿的端部將發(fā)生波的反射。圖9-2

超聲波在固體彈性桿內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)圖9-2中x表示彈性桿上任意一點(diǎn)b相距超聲波入射段的距離，入射波造成b點(diǎn)偏離平衡位置的位移為a1

，反射波造成b點(diǎn)偏離平衡位置的移動(dòng)為a2，則有

則兩個(gè)波所造成的b點(diǎn)的合成位移為ar，即

(9-3)式中：x——b點(diǎn)距離入射端的距離；

l

——振動(dòng)的波長；T——振動(dòng)的周期；A——振動(dòng)的振幅；t——振動(dòng)的某一時(shí)刻。任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)二、超聲加工的基本原理超聲加工是利用工具端面做超聲頻振動(dòng)，通過磨料懸浮液加工脆硬材料的一種成形方法，加工原理如圖9-3所示。加工時(shí)，在工具1和工件2之間加入液體（水或煤油等）和磨料混合的懸浮液3，并使工具以很小的力F輕輕壓在工件上。超聲換能器6產(chǎn)生16000Hz以上的超聲頻縱向振動(dòng)，并借助于變頻桿把振幅放大到0.05～0.1mm，驅(qū)動(dòng)工具端面做超聲振動(dòng)，迫使工作液中懸浮的磨粒以很大的速度和加速度不斷地撞擊、拋磨被加工表面，把被加工表面的材料粉碎成很細(xì)的微粒，從工件上打擊下來。圖9-3

超聲加工原理圖1—工具；2—工件；3—磨料懸浮液；4、5—變幅桿；6—超聲換能器；7—超聲發(fā)生器適合加工各種脆硬材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料，如玻璃、陶瓷（氧化鋁、氮化硅等）、石英、鍺、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等。對于導(dǎo)電的硬質(zhì)金屬材料（如淬火鋼、硬質(zhì)合金等），也能進(jìn)行加工，但加工生產(chǎn)率較低1.工具可用較軟的材料做成較復(fù)雜的形狀，不需要使工具和工件做比較復(fù)雜的相對運(yùn)動(dòng)，因此超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡單，只需一個(gè)方向輕壓進(jìn)給，操作、維修方便。2.去除加工材料是靠極小的磨料瞬時(shí)局部的撞擊作用，工件表面的宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱很小，不會(huì)引起變形及燒傷，表面粗糙度也較好，可達(dá)Ra1～Ra0.1m，加工精度可達(dá)0.01～0.02mm，而且可以加工薄壁、窄縫、低剛度零件。3.三、超聲加工的特點(diǎn)任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)任務(wù)拓展超聲發(fā)生器也稱為超聲波發(fā)生器或超聲頻發(fā)生器，其作用是將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，以提供工具端面往復(fù)振動(dòng)和去除被加工材料的能量。超聲加工用的超聲發(fā)生器，由于功率不同，因此有電子管式的，也有晶體管式的，且結(jié)構(gòu)大小也不相同。大功率（1kW以上）的超聲發(fā)生器，過去往往是電子管式的，近年來逐漸被晶體管式所取代。不管是電子管式的還是晶體管式的，超聲發(fā)生器的組成框圖都類似于圖9-4，分為振蕩級、電壓放大級、功率放大級及電源四部分。一、超聲加工設(shè)備及其組成部分任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)圖9-4

超聲發(fā)生器的組成框圖超聲發(fā)生器1超聲振動(dòng)系統(tǒng)的作用是把高頻電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使工件端面做高頻率、小振幅的振動(dòng)以進(jìn)行加工。它是超聲加工機(jī)床中很重要的部件。超聲振動(dòng)系統(tǒng)由超聲換能器、變頻桿（振幅擴(kuò)大棒）及工具組成。任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)超聲振動(dòng)系統(tǒng)2（1）超聲換能器①壓電效應(yīng)超聲換能器石英晶體、鈦酸鋇（BaTiO3）及鋯鈦酸鉛（ZrPb-TiO3）等物質(zhì)在受到機(jī)械壓縮或拉伸變形時(shí)，在它們的兩個(gè)相對表面上將產(chǎn)生一定的電荷，形成一定的電位；反之，在它們的兩個(gè)相對表面上加以一定的電壓，則將產(chǎn)生一定的機(jī)械變形，如圖9-5所示，這一現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。圖9-5

壓電效應(yīng)任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)中、小功率（250W以下）的超聲加工的換能器，常制成圓形薄片，兩面鍍銀，先加高壓直流電進(jìn)行極化，一面為正極，另一面為負(fù)極。使用時(shí)，常將兩片疊在一起，正極在中間，負(fù)極在兩側(cè)，經(jīng)上、下端塊用螺釘夾緊，如圖9-6上部所示，裝夾在機(jī)床主軸頭變幅桿上端。圖9-6

壓電陶瓷換能器1—上端塊；2—壓緊螺釘；3—導(dǎo)電鎳片；4—壓電陶瓷；5—下端塊；6—變幅桿任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)②磁致伸縮效應(yīng)超聲換能器鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）及其合金的長度能隨其所處的磁場強(qiáng)度的變化而伸縮的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)，其中鎳在磁場中的最大縮短量為其長度的0.004%，鐵和鈷則在磁場中伸長，當(dāng)磁場消失后又恢復(fù)原有尺寸，如圖9-7所示。這種材料的棒桿在交換磁場中其長度將交變伸縮，其端面將交變振動(dòng)。圖9-7

幾種材料的磁致伸縮曲線1—wNi75%+wFe25%；2—wCo49%+wV2%+wNi49%；3—wNi6%+wFe94%；4—wNi29%+wFe71%；5—退火Co；6—Ni任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)圖9-8

鎳棒換能器為了減少高頻渦流損耗，超聲加工中常用純鎳疊成封閉磁路的鎳棒換能器，如圖9-8所示。在兩芯柱上同向繞以線圈，通入高頻電流使之伸縮，它比壓電式換能器有更高機(jī)械強(qiáng)度和更大輸出功率，常用于中功率和大功率的超聲加工。任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)為了避免出現(xiàn)這種不利的倍頻現(xiàn)象，常在換能器的交流勵(lì)磁電路中引入一個(gè)直流電源，疊加一個(gè)直流分量，使之成為脈動(dòng)直流勵(lì)磁電流，如圖9-9所示，或者并聯(lián)一個(gè)直流勵(lì)磁繞組，加上一個(gè)恒定的直流磁場。圖9-9

倍頻現(xiàn)象

1—交流；2—直流；3—脈動(dòng)直流

任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)（2）變幅桿（振幅擴(kuò)大棒）壓電或磁致伸縮的變形量是很小的（即使在共振條件下其振幅也超不過0.005～0.01mm），不足以直接用于加工。超聲加工需0.01～0.1mm的振幅，因此必須通過一個(gè)上粗下細(xì)的棒桿將振幅加以擴(kuò)大，此桿稱為變幅桿或振幅擴(kuò)大棒，如圖9-10所示。圖9-10（a）所示為錐形的，圖9-10（b）所示為指數(shù)形的，圖9-10（c）所示為階梯形的。圖9-10

幾種變幅桿（a）錐形；（b）指數(shù)形；（c）階梯形任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)（3）工具超聲波的機(jī)械振動(dòng)經(jīng)變幅桿放大后即傳給工具，使磨粒和工作液以一定的能量沖擊工件，并加工出一定的尺寸和形狀。整個(gè)聲學(xué)頭的連接部分應(yīng)接觸緊密，否則超聲波傳遞過程中將損失很多能量。在螺紋聯(lián)接處應(yīng)涂以凡士林油，絕不可存在空氣間隙，因?yàn)槌暡ㄍㄟ^空氣時(shí)會(huì)很快衰減。超聲換能器、變幅桿或整個(gè)聲學(xué)頭應(yīng)選擇在振幅為零的波節(jié)點(diǎn)（或稱為駐波點(diǎn)），夾固支撐在機(jī)床上，如圖9-11所示。圖9-11聲學(xué)頭的固定1—波節(jié)點(diǎn)；2—振幅任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)超聲加工機(jī)床一般比較簡單，包括支撐聲學(xué)部件的機(jī)架及工作臺(tái)、使工具以一定壓力作用在工件上的進(jìn)給機(jī)構(gòu)及床體等部分。如圖9-12所示為國產(chǎn)CSJ-2型超聲加工機(jī)床簡圖。圖9-12中4、5、6為聲學(xué)部件，安裝在一根能上下移動(dòng)的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌由上、下兩組滾動(dòng)導(dǎo)輪定位，使導(dǎo)軌能靈活精密地上下移動(dòng)。工具的向下進(jìn)給及對工件施加壓力靠聲學(xué)部件自重，為了能調(diào)節(jié)壓力大小，在機(jī)床后部有可加減的平衡重錘2，也有采用彈簧或其他辦法加壓的。機(jī)床主體3圖9-12

國產(chǎn)

CSJ-2

型超聲加工機(jī)床簡圖1—支架；2—平衡重錘；3—工作臺(tái)；4—工具；5—變幅桿；6—換能器；7—導(dǎo)軌；8—標(biāo)尺任務(wù)一認(rèn)識(shí)超聲波加工技術(shù)簡單的超聲加工裝置，其磨料是靠人工輸送和更換的，即在加工前將懸浮磨料的工作液澆注堆積在加工區(qū)，加工過程中定時(shí)抬起工具并補(bǔ)充磨料。也可利用小型離心泵使磨料懸浮液攪拌后注入加工間隙中去。對于較深的加工表面，應(yīng)將工具定時(shí)抬起以利于磨料的更換和補(bǔ)充。效果較好而又最常用的工作液是水，為提高表面質(zhì)量，也可用煤油或機(jī)油作為工作液。磨料常用碳化硼、碳化硅或氧化鋁等，其粒度大小根據(jù)加工生產(chǎn)率和精度等要求來選定。顆粒大時(shí)生產(chǎn)率高，但加工精度及表面粗糙度較差。磨料工作液及其循環(huán)系統(tǒng)4超聲加工的生產(chǎn)率雖然比電火花、電解加工等低，但其加工精度和表面粗糙度都比它們好，而且能加工半導(dǎo)體、非導(dǎo)體的脆硬材料，如玻璃、石英、寶石、鍺、硅甚至金剛石等。電火花加工后的一些淬火鋼、硬質(zhì)合金沖模、拉絲模、塑料模具，最后還常用超聲拋磨進(jìn)行光整加工。超聲振動(dòng)還可強(qiáng)化電火花加工、線切割加工、電化學(xué)加工、激光加工等工藝過程，兩者結(jié)合，取長補(bǔ)短，可以創(chuàng)新性地形成新的復(fù)合加工。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用

知識(shí)能力

技能能力

素質(zhì)能力掌握用超聲波加工技術(shù)加工型孔和型腔的方法掌握超聲波切割加工的方法掌握超聲波復(fù)合加工的方法掌握超聲波清洗的方法掌握超聲塑料焊接的方法123培養(yǎng)分析問題解決問題的能力能夠運(yùn)用超聲波加工技術(shù)進(jìn)行不同類型的加工工作任務(wù)目標(biāo)任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用超聲加工目前在各工業(yè)部門中主要用于對脆硬材料加工圓孔、型孔、型腔、微細(xì)孔及進(jìn)行套料加工等，如圖9-13所示。圖9-13（a）中若使工具轉(zhuǎn)動(dòng)，則可以加工較深而圓度較高的孔。若用鍍有聚晶金剛石的圓桿或薄壁圓管，則可以加工很深的孔或套料加工。知識(shí)鏈接一、型孔、型腔加工任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用圖9-13

超聲加工的型孔、型腔類型（a）加工圓孔；（b）加工型腔；（c）加工異形孔；（d）套料加工；（e）加工微細(xì)孔用普通機(jī)械加工切割脆硬的半導(dǎo)體材料是很困難的，采用超聲切割則較為有效。如圖9-14所示為超聲切割單晶硅片示意圖。用錫焊或銅焊將工具（薄鋼片或磷青銅片）焊接在變幅桿的端部，加工時(shí)噴注磨料液，一次可以切割10～20片。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用二、型孔、型腔加工圖9-14

超聲切割單晶硅片示意圖

1—變幅桿；2—工具（薄鋼片）；3—磨料液；4—工件（單晶硅）如圖9-15所示為成批切槽（塊）刀具，它采用了一種多刃刀具，即包括一組厚度為0.127mm的軟鋼刃刀片，間隔1.14mm，鉚合在一起，然后焊接在變幅桿上。刀片伸出的高度應(yīng)足夠在磨損后做幾次重磨。最外邊的刀片應(yīng)比其他刀片高出0.5mm，切割時(shí)插入坯料的導(dǎo)槽中，起定位作用。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用圖9-15

成批切槽（塊）刀具1—變幅桿；2—焊縫；3—鉚釘；4—導(dǎo)向片；5—軟鋼刀片加工時(shí)噴注磨料液，將坯料片先切割成1mm寬的長條，然后將刀具轉(zhuǎn)過90°，使導(dǎo)向片插入另一導(dǎo)槽中，進(jìn)行第二次切割以完成模塊的切割加工。如圖9-16所示為切割成的陶瓷模塊。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用圖9-16

超聲切割單晶硅片示意圖如圖9-17所示為超聲電解復(fù)合加工小孔和深孔的示意圖。工件5接直流電源6的正極，工具3（鋼絲、鎢絲或銅絲）接負(fù)極，工件與工具間施加6～18V的直流電壓，采用鈍化型電解液混加磨料作為電解液，被加工表面在電解液中產(chǎn)生陽極溶解，電解產(chǎn)物陽極鈍化膜被超聲頻振動(dòng)的工具和磨料破壞，由于超聲振動(dòng)引起的空化作用加速了鈍化膜的破壞和磨料電解液的循環(huán)更新，從而使加工速度和質(zhì)量大大提高。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用三、超聲復(fù)合加工超聲電解復(fù)合加工1圖9-17

超聲電解復(fù)合加工小孔和深孔示意圖1—換能器；2—變幅桿；3—工具；4—電解液和磨料；5—工件；6—直流電源；7—超聲發(fā)生器超聲電火花復(fù)合加工小孔、窄縫及精微異形孔時(shí)，可獲得較好的工藝效果。方法是在普通電火花加工時(shí)引入超聲波，使電極工具端面做超聲振動(dòng)，其裝置與圖9-17所示的類似，超聲振動(dòng)系統(tǒng)夾固在電火花加工機(jī)床主軸頭下部，電火花加工用的方波脈沖電源（RC電路脈沖電源也可）加到工具和工件上（精加工時(shí)工件接正極），加工時(shí)主軸做伺服進(jìn)給，工具端面做超聲振動(dòng)。當(dāng)不加超聲振動(dòng)時(shí)，電火花精加工的放電脈沖利用率為3%～5%，加上超聲振動(dòng)后，電火花精加工時(shí)的有效放電脈沖利用率可提高到50%以上，從而提高生產(chǎn)率2～20倍。越是小面積、小用量的加工，相對生產(chǎn)率的提高倍數(shù)就越多。隨著加工面積和加工用量（脈沖寬度、峰值電流、峰值電壓）的增大，工藝效果逐漸不明顯，與不加超聲振動(dòng)時(shí)的指標(biāo)接近。超聲電火花復(fù)合精微加工時(shí)，超聲功率和振幅不宜大，否則將引起工具端面和工件瞬時(shí)接觸頻繁短路，導(dǎo)致電弧放電。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用超聲電火花復(fù)合加工2在光整加工中，利用導(dǎo)電磨石或鑲嵌金剛石顆粒的導(dǎo)電工具，對工件表面進(jìn)行電解超聲復(fù)合拋光加工，更有利于改善表面粗糙度。如圖9-18所示，用一套超聲振動(dòng)系統(tǒng)使工具頭產(chǎn)生超聲振動(dòng)，并在超聲變幅桿上接低壓直流電源的負(fù)極，在被加工工件上接直流電源正極。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用超聲拋光及電解超聲復(fù)合拋光3圖9-18

手?jǐn)y式電解超聲復(fù)合拋光原理圖1—超聲發(fā)生器；2—壓電陶瓷換能器；3—變幅桿；4—導(dǎo)電磨石；5—電解液噴嘴；6—工具手柄；7—直流電源如圖9-19所示為超聲切割金剛石示意圖。金剛石4粘接在工具頭3上，通過變幅桿2使金剛石做超聲振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)著的切割圓片5和工件金剛石一起浸入金剛砂磨料的懸浮液中（若用金剛石圓鋸片作為切割圓片5，則可不用金剛石磨料），用重錘6輕輕施加一定的壓力。利用超聲振動(dòng)磨削切割金剛石可大大提高生產(chǎn)率和節(jié)省金剛砂磨料的消耗。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用圖9-19

超聲切割金剛石示意圖1—換能器；2—變幅桿；3—工具頭；4—金剛石（工件）；5—切割圓片（工具）；6—重錘在切割加工中引入超聲振動(dòng)（如對耐熱鋼、不銹鋼等硬韌材料車削、鉆孔、攻螺紋時(shí)），可以降低切削力，改善表面粗糙度，延長刀具壽命和提高加工速度。圖9-20為超聲振動(dòng)車削加工示意圖。圖9-21為縱向振動(dòng)超聲珩磨裝置，可提高珩磨效率和效果。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用

圖9-21

縱向振動(dòng)超聲珩磨裝置1—縱向振動(dòng)換能器；2—變幅桿；3—彎曲振動(dòng)圓盤；4—撓性桿；5、6—磨石；7—磨石座；8—珩磨頭體；A—磨石振動(dòng)方向；B、C—往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向圖9-20

超聲振動(dòng)切削加工示意圖1—換能器；2—變幅桿超聲清洗主要是基于超聲振動(dòng)在液體中產(chǎn)生的交變沖擊波和空化作用進(jìn)行的。液體中發(fā)生空化時(shí)，局部壓力可高達(dá)上千大氣壓，局部溫度可達(dá)5000K。超聲波在清洗液（汽油、煤油、酒精、丙酮或水等）中傳播時(shí)，液體分子往復(fù)高頻振動(dòng)產(chǎn)生正負(fù)交變的沖擊波。超聲振動(dòng)被廣泛用于噴油嘴、噴絲板、微型軸承、儀表齒輪、零件、手表整體機(jī)芯、印制電路板、集成電路微電子器件的清洗。如圖9-22所示為超聲清洗裝置示意圖。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用四、超聲清洗圖9-22超聲清洗裝置示意圖1—清洗槽；2—變幅桿；3—壓緊螺釘；4—壓電陶瓷換能器；5—鎳片（+）；6—鎳片（-）；7—接線螺釘；8—墊圈；9—鋼墊塊超聲清洗時(shí)，清洗液會(huì)逐漸變臟，相當(dāng)于盆湯洗澡，被清洗的表面總會(huì)有殘余的污染物。采用超聲氣相淋浴清洗，可以解決上述弊病，達(dá)到更好的清洗效果。超聲氣相淋浴清洗裝置由超聲清洗槽、氣相清洗槽、蒸餾回收槽、水分分離器、超聲發(fā)生器等組成，如圖9-23所示。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用圖9-23

四槽式超聲氣相淋浴清洗機(jī)簡圖1—操作面板；2—超聲發(fā)生器；3、11—冷凝器；4—?dú)庀嗲逑床郏?—第二超聲清洗槽；6—第一超聲清洗槽；7—蒸餾回收槽；8—水分分離器；9—加熱裝置；10—超聲換能器一種新穎的塑料加工技術(shù)——超聲塑料焊接已經(jīng)發(fā)展起來，其具有高效、優(yōu)質(zhì)、美觀、節(jié)能等優(yōu)越性。超聲塑料焊接既不需要添加任何黏合劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源，具有操作簡便、焊接速度快、焊接強(qiáng)度與本體接近、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。圖9-24所示為超聲波焊接示意圖。任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用五、超聲塑料焊接圖9-24

超聲波焊接示意圖1—換能器；2—固定軸；3—變幅桿；4—焊接工具頭；5—被焊工件；6—反射體任務(wù)拓展一、超聲加工的速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素任務(wù)二超聲加工的應(yīng)用超聲加工的速度及其影響因素15432工具振幅和頻率的影響過大的振幅和過高的頻率會(huì)使工具和變幅桿承受很大的內(nèi)應(yīng)力，可能超過它的疲勞強(qiáng)度而降低使用壽命，而且連接處的損耗也會(huì)增大，因此一般振幅在0.01～0.1mm，頻率在16000～25000Hz。實(shí)際加工中應(yīng)調(diào)至共振頻率，以獲得最大的振幅。進(jìn)給壓力的影響加工時(shí)工具對工件應(yīng)有一個(gè)合適的進(jìn)給壓力，壓力過小，則工具末端與工件加工表面間的間隙增大，從而減小了磨料對工件的撞擊力和打擊深度；壓力過大，會(huì)使工具與工件間的間隙減小，導(dǎo)致磨料和工作液不能順利循環(huán)更新，這兩者都將降低生產(chǎn)率。磨料種類和粒度的影響磨料硬度越高，加工速度越快，但要考慮加工成本。加工金剛石和寶石等超硬材料時(shí)，必須用金剛石磨料；加工硬質(zhì)合金、淬火鋼等高硬脆性材料時(shí)，宜采用硬度較高的碳化硼磨料；加工硬度不太高的脆硬材料時(shí)，可采用碳化硅；加工玻璃、石英、半導(dǎo)體等材料時(shí)，采用剛玉之類的氧化鋁（Al2O3）作為磨料即可。另外，磨料粒度越粗，加工速度越快，但精度和表面粗糙度會(huì)變差。磨料懸浮液濃度的影響磨料懸浮液濃度低時(shí)，加工間隙內(nèi)磨粒少，特別是在加工面積和深度較大時(shí)可能造成加工區(qū)域無磨料的現(xiàn)象，使加工速度下降。隨著懸浮液中磨料濃度的增大，加工速度也增大。但濃度太高時(shí)，磨粒在加工區(qū)域的循環(huán)運(yùn)動(dòng)和對工件的撞擊運(yùn)動(dòng)受到影響，又會(huì)導(dǎo)致加工速度降低。通常采用的濃度為磨料與水的質(zhì)量比為0.5～1