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超声加工技术

/ultrasonic machining technology;USM/
条目作者张明岐

张明岐

最后更新 2023-01-07
浏览 124
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利用工具端面做超声频振动,通过磨料悬浮液加工硬脆材料的加工方法。

英文名称
ultrasonic machining technology;USM
所属学科
航空宇航科学与技术

超声加工技术主要是针对不规则形状加工,以及硬脆性材料的去除加工,常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。其工作原理是:由超声发生器产生高频电振荡,施加于超声换能器上,将高频电振荡转换成超声频振动。超声振动通过变幅杆放大振幅,并驱动以一定的静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。工具端部通过磨料不断地捶击工件,使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒,被循环的磨料悬浮液带走,工具便逐渐进入到工件中,从而加工出与工具相应的形状。超声加工的载体是超声加工机,主要由电源(即超声发生器)、振动系统(包括换能器和变幅杆)二部分组成(见图)。超声发生器将交流电转换为超声频电功率输出,功率由数瓦至数千瓦。功率的大小决定了刀具所能完成加工的面积,对于材料的去除率也有很大的影响。

超声波加工示意图超声波加工示意图

超声加工技术的主要特点是:①不受材料是否导电的限制。②工具对工件的宏观作用力小、热影响小,因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件;被加工材料的脆性越大越容易加工,材料越硬或强度、韧性越大则越难加工。③由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用,磨料的硬度应比被加工材料的硬度高,而工具的硬度可以低于工件材料。④可以与其他多种加工方法结合应用,如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。

1927年,美国物理学家R.W.伍德[注]A.L.卢米斯[注]最早做了超声加工试验,利用强烈的超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔,但当时并未应用在工业上。1951年,美国的A.S.科恩制成第一台实用的超声加工机。20世纪50年代中期,日本、苏联将超声加工与电加工(如电火花加工和电解加工等)、切削加工结合起来,开辟了复合加工的领域。这种复合加工的方法能改善电加工或金属切削加工的条件,提高加工效率和质量。1964年,英国又提出使用烧结或电镀金刚石工具的超声旋转加工的方法,克服了一般超声加工深孔时,加工速度低和精度差的缺点。

超声加工技术主要用于多个领域的各种硬脆材料的加工中,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。

  • 刘志东.特种加工. 2版.北京:北京大学出版社,2017.

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