超声波加工原理、特点及应用

超声波加工原理、特点及应用



超声波加工是利用工具端面在磨料悬浮液中的超声波振动，迫使磨料悬浮液中的膺粒高

速撞击、抛磨被加工表面.使加工区域的工件材料破碎成细微颗拉，从而实现加工的一种方法。



1、超声波加工基本原理



超声波加工原理如图15.6所示:









在工件和工具之间注入液体(水或煤油等)和磨料混合的悬浮液，使工具对工件保持一定的进给压力，并将超声波发生器产生的超声频振荡，通过换能器转换成超声频纵向振动，并借助变幅杆把振幅放大到0.05-0.1mm,驱动工具端面作超声振动。此时.工作液中的悬浮磨粒在工具端面超声振动的迫使下.以很高的速度不断撞击、抛磨工件上的被加上表面，使该表面材料产生疲劳破坏，碎裂成细小颗粒脱离工件本体，在工件加工区域留下密集的细小凹坑。工作液受工具端面的超声振动作用而产生高频、交变的液压冲击波和空化作用也会加剧工件材料的机械破碎效果，同时液压冲击波也有利于工作液在加工间隙中循环流动，使磨杖不断更新，并将加工碎屑排出加工区域。随着加工的不断进行.工具在恒定压力的作用下逐渐深人到工件材料中，工具形状便“复印”在工件上。



2.超声波加工的特点



(1)超声波加工主要适用于加工脆硬材料.特别是不导电的非金属材料和半导体材料.

例如玻璃、陶瓷、宝石、金刚石以及硅和锗等.而对于硬度小、塑性好的材料则无明显加工

效果。



(2)工具材料的硬度可以低于被加工工件材料:超声波加工中工件材料的去除是靠磨

粒直接作用，因此易于加工各种复杂形状的1:件.加工中不需要工具作复杂的运动:

(3)超声波加工是靠极小的磨料作用.无宏观机械力.所以加工精度较高，一般可达到0.02mm，表面粗糙度RaO.1-1.25um，被加工表面也无残余应力、组织改变及烧伤等现象。



3.超声波加工的应用

超声加工的生产率一般低于电火花加工和电解加工，但加工精度和表面质量都优于前

者。重要的是它能加工前者所难以加工的半导体和非导体材料，如玻璃、陶瓷、石英、宝石

及金刚石等。



(1)型孔、型腔的加工。目前，超声波加工主要用于加工脆硬材料的圆孔、异形孔和各种型腔，以及进行套料、雕刻和研抛等.如图15.7所示。







(2)超声波切割加工。半导体材料锗、硅等又硬又脆.用机械切割非常困难.采用超声

波加工则十分有效。



(3)超声波清洗。由于超声波在液体中会产生交变冲击波和超声空化现象.这两种作用的

强度达到一定值时，产生的微冲击就可以使被清洗物表面的污渍遭到破坏并脱落下来。加上超声作用无处不在.即使是小孔和窄缝中的污物也容易被清洗千净。目前，超声波不但用于机械零件或电子器件的清洗，根据超声振动去污原理.已生产出超声波洗衣机。



(4)超声抛磨。采用超声抛磨的方法，可以方便地去除电火花加工后工件表面的硬脆变质层，提高表面粗糙度。



综上超声波加工运用时比较广泛的一种数控加工方式，可以实现零件加工，切割加工，超声波清洗及超声波抛磨。