了解超声波加工技术PPT
超声波通常指频率高于16kHz以上,即高于人工听觉频率上限的一种振动波。超声波的上限频率范围主要取决于发生器,实际使用的在5000MHz以内。超声波与声波...
超声波通常指频率高于16kHz以上,即高于人工听觉频率上限的一种振动波。超声波的上限频率范围主要取决于发生器,实际使用的在5000MHz以内。超声波与声波一样,可以在气体、液体和固体介质中传播,但由于频率高、波长短、能量大,所以传播时反射、折射、共振及损耗等现象很显著。超声波性质能传递很强的能量,其能量密度可达100W/m2以上具有空化作用,即超声波在液体介质传播时局部会产生极大的冲击力、瞬时高温、物质的分散、破碎及各种物理化学作用通过不同介质时会在界面发生波速突变,产生波的反射、透射和折射现象具有尖锐的指向性,即超声波换能器设为小圆片时,其中心法线方向上声强极大,而偏离这个方向时,声强就会减弱在一定条件下,会产生波的干涉和共振现象超声波加工又称超声加工,不仅能加工脆硬金属材料,而且适合于加工半导体以及玻璃、陶瓷等非导体。同时,它还可应用于焊接、清洗等方面。超声波加工原理由超声波发生器产生的16kHz以上的高频电流作用于超声换能器上,产生机械振动,经变幅杆放大后可在工具端面(变幅杆的终端与工具相连接)产生纵向振幅达0.01~0.1mm的超声波振动。工具的形状和尺寸取决于被加工面的形状和尺寸,常用韧性材料制成,如未淬火的碳素钢。1—换能器 2、3—变幅杆 4—工作液 5—工件 6—工具 工具与工件之间充满磨料悬浮液(通常是在水或煤油中混有碳化硼、氧化铝等磨料的悬浮液,称为工作液)。加工时,由超声换能器引起的工具端部的振动传送给工作液,使磨料获得巨大的加速度,猛烈地冲击工件表面,再加上超声波在工作液中的空化作用,可实现磨料对工件的冲击破碎,完成切削功能。通过选择不同工具端部形状和不同的运动方法,可进行不同的微细加工。超声波加工适合于加工各种硬脆材料,尤其是不导电的非金属硬脆材料,如玻璃、陶瓷、石英、铁氧体、硅、锗、玛瑙、宝石、金刚石等。对于导电的硬质金属材料如淬火钢、硬质合金等，也能进行加工,但加工效率较低。加工的尺寸精度可达±0.01mm,表面粗糙度Ra=0.08~0.63μm。超声波加工主要用于加工硬脆材料的圆孔、弯曲孔、型孔、型腔等;可进行套料切割、雕刻以及研磨金刚石拉丝模等;此外,也可加工薄壁、窄缝和低刚度零件。超声波加工的应用超声波加工在焊接、清洗等方面有许多应用用于塑料焊接时,超声振动与静压力方向一致,而在金属焊接时超声振动与静压力方向垂直。振动方式有纵向振动、弯曲振动、扭转振动等。接头可以是焊点,相互重叠焊点形成连续焊缝。用线状声极一次焊成直线焊缝,用环状声极一次焊成圆环形、方框形等封闭焊缝。相应的焊接机有超声波点焊机、缝焊机、线焊机、环焊机。超声波焊接适于焊接高导电、高导热性金属,以及焊接异种金属、金属与非金属、塑料等,也可焊接薄至2μm的金箔,广泛用于微电子器件、微电机、铝制品工业以及航空、航天领域。超声加工的特点与优势加工的光洁度、精度好由于超声加工去除加工材料是依靠磨料瞬时局部的冲击作用，故工具对加工材料的宏观切削力小，切削热小，不会引起变形及表面烧伤，达到更好的光洁度和加工精度。也特别适合加工不能承受较大机械应力的薄壁、窄缝、低刚度的零件。适合于硬脆性难加工材料加工。极限切削力是保证硬脆性材料超声磨钻工艺的首要条件，超声加工的加工方式和原理，相较于普通加工，能大幅减小对工件表面的切削力、切削热，以及刀具负荷，能显著提升难加工材料的加工效率，为玻璃、陶瓷、蓝宝石、碳化硅等硬脆性材料加工提供高效、高质的解决方案。易于微小孔加工与抛光。相较于微小孔普通加工方式的不易排屑、刀具强度低，超声加工频率高，可以每秒20000次以上的频次微量去除材料，减小刀具切削力，减少刀具损坏，保证加工效率，提升加工表面质量。无需改变机床结构。随着超声加工技术不断发展，目前超声系统可实现小型化、模块化设计，适用于不同类型加工机床，使用门槛低，可快速部署。可与其他加工方法组合可与电火花加工、电解加工、切削加工、磨削加工等结合起来，形成复合加工。复合加工的方法能改善电加工或切削加工的条件，提升加工效率和质量。超声加工的应用超声加工已经逐步成为提高机械加工能效的一种重要手段从应用行业上看，超声加工目前的主要应用于3C、航空航天、国防军工、5G新材料、新能源等行业。例如:3C行业，随着人们对3C产品品质要求的提高，促使手机等3C产品朝着高集成、高精密化发展，但产品更新换代快、结构件日趋小巧，升级加工精度和表面质量的难度增大。超声加工能帮助打造精密生产，提升效能。航空航天行业，产品质量要求高，该领域的重要材料如碳碳复合材料、碳纤维类具有高强度、低密度、耐超高温、耐腐蚀等优异特性，但其高强度、高弹性模量、耐磨损性在加工时难度大，不易切削、容易崩边、刀具磨损快。超声加工能减少刀具负荷，改善崩边毛刺现象，实现加工质量和效率。优超用超声加工的碳碳复合材料 解决传统加工不易切削，易断刀难题从材料上看，超声加工在解决硬脆性材料加工难题上有较明显效果，目前主要应用于玻璃、陶瓷、蓝宝石、碳化硅等难加工硬脆性材料的打孔、开槽、批量小型零件去毛刺、模具表面抛光。随着新材料、难加工材料、难加工结构与表面对加工质量和需求的提高，超声加工将有更广阔的应用前景。
