第九篇超声波加工及超高压水射流加工 ppt课件
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超声波加工技术课件
1
超声波加工技术 | 2014/3/8
超声波加工技术
绪论
人耳能感受到的声波频率在20—20000HZ 范围内，声波频率超过20000HZ 被称为超声波。
超声波加工（Ultrasonic Machining 简称USM ）是近几十年来发展起来的一种加工方法，它是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行加工的方法，或利用超声振动的工具在有磨料的液体介质或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀来去除材料，又或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。
它弥补了电火花加工的电化学加工的不足。
电火花加工和电化学加工一般只能加工导电材料，不能加工不导电的非金属材料。
而超声波加工不仅能加工硬脆金属材料，而且更适合于加工不导电的硬脆非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等。
同时超声波还可用于清洗、焊接和探伤等。
超声波加工的基本原理
图1超声加工的原理图。
超声波加工技术课件
详细描述
超声波加工技术利用磨料在超声波振动下的高速冲击和研磨作用，实现对非金属材料的加工。该技术能够有效地 降低材料硬度、提高加工效率，同时减少对工件的损伤。
05 超声波加工技术发展趋势 与挑战
新材料的应用
总结词
随着新材料行业的快速发展，超声波加工技术在新材料的应用中面临新的挑战和机遇。
详细描述
超声波加工技术课件
目录
CONTENTS
• 超声波加工技术概述 • 超声波加工设备与工具 • 超声波加工工艺 • 超声波加工技术应用实例 • 超声波加工技术发展趋势与挑战 • 结论
01 超声波加工技术概述
定义与特点
定义
超声波加工技术是一种利用超声 波振动对材料进行加工的工艺方 法。
特点
具有加工精度高、表面质量好、 适用范围广等优点，尤其适合于 难加工材料的加工。
根据不同的加工需求，选择合 适的工具头能够提高加工效率
、降低表面粗糙度。
工具头的设计和制造需要充分 考虑其与工件的相互作用机制
，以提高加工效果。
冷却系统
冷却系统是保证超声波加工设 备稳定运行的必要部件。
在高强度的超声波振动下，设 备会产生大量的热量，冷却系 统可以有效降低设备温度，防
止过热造成设备损坏。
微细结构的加工
总结词
利用超声波的高频振动和微小磨料， 实现微细结构的加工，满足高精度、 高效率的加工需求。
详细描述
超声波加工技术利用微小磨料在超声 波振动下的高速冲击和研磨作用，实 现对微细结构的加工。该技术能够有 效地提高加工精度和效率，同时减少 对工件的损伤。
非金属材料的加工
总结词
利用超声波的高频振动和磨料冲击作用，实现对非金属材料的加工。
超声波加工技术利用磨料在超声波振动下的高速冲击和研磨作用，实现对非金属材料的加工。该技术能够有效地 降低材料硬度、提高加工效率，同时减少对工件的损伤。
05 超声波加工技术发展趋势 与挑战
新材料的应用
总结词
随着新材料行业的快速发展，超声波加工技术在新材料的应用中面临新的挑战和机遇。
详细描述
超声波加工技术课件
目录
CONTENTS
• 超声波加工技术概述 • 超声波加工设备与工具 • 超声波加工工艺 • 超声波加工技术应用实例 • 超声波加工技术发展趋势与挑战 • 结论
01 超声波加工技术概述
定义与特点
定义
超声波加工技术是一种利用超声 波振动对材料进行加工的工艺方 法。
特点
具有加工精度高、表面质量好、 适用范围广等优点，尤其适合于 难加工材料的加工。
根据不同的加工需求，选择合 适的工具头能够提高加工效率
、降低表面粗糙度。
工具头的设计和制造需要充分 考虑其与工件的相互作用机制
，以提高加工效果。
冷却系统
冷却系统是保证超声波加工设 备稳定运行的必要部件。
在高强度的超声波振动下，设 备会产生大量的热量，冷却系 统可以有效降低设备温度，防
止过热造成设备损坏。
微细结构的加工
总结词
利用超声波的高频振动和微小磨料， 实现微细结构的加工，满足高精度、 高效率的加工需求。
详细描述
超声波加工技术利用微小磨料在超声 波振动下的高速冲击和研磨作用，实 现对微细结构的加工。该技术能够有 效地提高加工精度和效率，同时减少 对工件的损伤。
非金属材料的加工
总结词
利用超声波的高频振动和磨料冲击作用，实现对非金属材料的加工。
超声波加工技术课件
工件后处理包括清洗、去毛刺 、检测等环节，以确保工件的 质量和精度。
超声波加工的主要参数
频率
超声波的频率是影响加工效果的重要 参数，需要根据不同的加工需求选择 合适的频率。
介质
介质是传递超声波能量的媒介，选择 合适的介质可以提高超声波的传递效 率和加工效果。
01
02
振幅
振幅是影响超声波加工效果的重要因 素，振幅的大小直接影响到加工效率 、加工精度和表面质量。
技术，将超声波加工与其他加工方法相结合，实现更高效、高精度的加
工效果。
03
超声波精密加工技术
随着精密制造领域的不断发展，超过精细化控制超声波的振幅、频率和波形等参数，实现对微小尺
寸和复杂形状的精密加工。
超声波加工技术面临的挑战与解决方案
01 02 03
加工稳定性的问题
利用超声波振动使金属表 面产生微观塑性变形，实 现金属间的紧密连接。
超声波复合连接
将超声波振动与其他连接 方法（如钎焊、扩散焊等 ）结合，实现更高效、高 质量的材料连接。
超声波在材料表面处理中的应用
超声波清洗
超声波强化
利用超声波振动产生的强烈空化效应 ，有效去除材料表面的污垢和杂质。
利用超声波振动对材料表面进行强化 处理，提高材料的硬度和疲劳强度。
要点二
多功能化和复合化
未来的超声波加工技术将进一步向多 功能化和复合化方向发展。通过将多 种加工方法和技术集成到一台设备中 ，实现多种材料的加工和制造，满足 复杂零件和高精度产品的制造需求。
要点三
绿色化和可持续发展
随着环保意识的不断提高，未来的超 声波加工技术将更加注重绿色化和可 持续发展。通过采用环保材料、优化 加工过程、降低能耗和减少废弃物排 放等措施，实现绿色制造和可持续发 展。
超声波加工的主要参数
频率
超声波的频率是影响加工效果的重要 参数，需要根据不同的加工需求选择 合适的频率。
介质
介质是传递超声波能量的媒介，选择 合适的介质可以提高超声波的传递效 率和加工效果。
01
02
振幅
振幅是影响超声波加工效果的重要因 素，振幅的大小直接影响到加工效率 、加工精度和表面质量。
技术，将超声波加工与其他加工方法相结合，实现更高效、高精度的加
工效果。
03
超声波精密加工技术
随着精密制造领域的不断发展，超过精细化控制超声波的振幅、频率和波形等参数，实现对微小尺
寸和复杂形状的精密加工。
超声波加工技术面临的挑战与解决方案
01 02 03
加工稳定性的问题
利用超声波振动使金属表 面产生微观塑性变形，实 现金属间的紧密连接。
超声波复合连接
将超声波振动与其他连接 方法（如钎焊、扩散焊等 ）结合，实现更高效、高 质量的材料连接。
超声波在材料表面处理中的应用
超声波清洗
超声波强化
利用超声波振动产生的强烈空化效应 ，有效去除材料表面的污垢和杂质。
利用超声波振动对材料表面进行强化 处理，提高材料的硬度和疲劳强度。
要点二
多功能化和复合化
未来的超声波加工技术将进一步向多 功能化和复合化方向发展。通过将多 种加工方法和技术集成到一台设备中 ，实现多种材料的加工和制造，满足 复杂零件和高精度产品的制造需求。
要点三
绿色化和可持续发展
随着环保意识的不断提高，未来的超 声波加工技术将更加注重绿色化和可 持续发展。通过采用环保材料、优化 加工过程、降低能耗和减少废弃物排 放等措施，实现绿色制造和可持续发 展。
高压水射流技术(课堂PPT)
16
高压水射流技术逐渐形成了以下 几类专业产品：数控超高压睡切 割机、系列高压清洗机（线）、 超高压大功率水射流成套设备、 清洗类的微小型（含热水）清洗 机等，除此之外，，高压水射流 技术辅助设备及应用也发展的很 快，如钻采工具、推进工具、挖 （吸）泥工具等。
17
超高压水切割机
18
高压清洗机
19
700kg/cm2的大型高压清洗机。
ƒ 对于一些体积较小、结构复杂、数量繁
多的零部件的油污、油垢的清洗，应 选用零
件清洗机。
10
设备选型时需要考虑的技术问题 影响水射流
清洗机清洗效果的参数分析
ƒ 泵输出压力：与射流打击力成线性关系
ƒ 泵输出流量：与射流打击力有较大影响
ƒ 高压管内径：对压力降有直接影响，对
14
压力：Mpa流量:L/min 泵输出功率=压力*流量/60（kW） 配套电机功率=压力*流量/50 （kW ） 配套发动机功率=压力*流量/39 （ kW） 配套发电机功率=3倍电机功率 （kW
15
第二章 高压水射流技术的发展现 状
随着中国和世界的高 压水射流技术发展的20年， 见证了中国喷射设备各行 各业由高压产品到超高压 产品、由小功率机组到大 功率机组、由通用成套设
垢分散成许多微粒；清洗剂泡沫作用，能把裹着油垢脱离 物体浮到水表面被射 流冲掉。而热力又加速了上述过程， 十分容易清洗干净。这是物理清洗与化学清洗 联手的典型清洗技术。 高压水射流清洗机的组成
高压发生装置：由电机和高压水泵组成的泵组来产生高压 水。
控制系统：由溢流阀、安全阀、喷枪扳机、电控装置等一 起组成。 执行系统：由喷枪、喷头等组成。 辅助机构： 由水箱、高压软管、框架、走行机构及连接管路等组成。 主要组成部分的作用
高压水射流技术逐渐形成了以下 几类专业产品：数控超高压睡切 割机、系列高压清洗机（线）、 超高压大功率水射流成套设备、 清洗类的微小型（含热水）清洗 机等，除此之外，，高压水射流 技术辅助设备及应用也发展的很 快，如钻采工具、推进工具、挖 （吸）泥工具等。
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超高压水切割机
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高压清洗机
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700kg/cm2的大型高压清洗机。
ƒ 对于一些体积较小、结构复杂、数量繁
多的零部件的油污、油垢的清洗，应 选用零
件清洗机。
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设备选型时需要考虑的技术问题 影响水射流
清洗机清洗效果的参数分析
ƒ 泵输出压力：与射流打击力成线性关系
ƒ 泵输出流量：与射流打击力有较大影响
ƒ 高压管内径：对压力降有直接影响，对
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压力：Mpa流量:L/min 泵输出功率=压力*流量/60（kW） 配套电机功率=压力*流量/50 （kW ） 配套发动机功率=压力*流量/39 （ kW） 配套发电机功率=3倍电机功率 （kW
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第二章 高压水射流技术的发展现 状
随着中国和世界的高 压水射流技术发展的20年， 见证了中国喷射设备各行 各业由高压产品到超高压 产品、由小功率机组到大 功率机组、由通用成套设
垢分散成许多微粒；清洗剂泡沫作用，能把裹着油垢脱离 物体浮到水表面被射 流冲掉。而热力又加速了上述过程， 十分容易清洗干净。这是物理清洗与化学清洗 联手的典型清洗技术。 高压水射流清洗机的组成
高压发生装置：由电机和高压水泵组成的泵组来产生高压 水。
控制系统：由溢流阀、安全阀、喷枪扳机、电控装置等一 起组成。 执行系统：由喷枪、喷头等组成。 辅助机构： 由水箱、高压软管、框架、走行机构及连接管路等组成。 主要组成部分的作用
《超声波加工》课件
医疗器械
超声波切割和焊接用于医疗器械的制造和组装， 如手术器械、医用器械的焊接。
其他应用场景
超声波加工还广泛应用于食品加工、塑料制品、 纺织品等领域。
超声波加工市场
1
市场现状
超声波加工市场在汽车工业、电子工业、医疗器械等领域稳步发展，并取得了一 定的市场份额。
2
市场前景
随着现代制造业需求的不断增加和技术的不断进步，超声波加工市场有望继续扩 大。
超声波加工技术可能面临材料适应性、工艺稳定性等方面的挑战。需要继续研发和改进。
参考文献
• 杨洪光, 陈兴东. 超声波加工技术现状与发展[J]. 上海交通大学学报. 2004. • 马国庆, 陈然. 超声波加工技术发展现状与趋势[J]. 机械工程与自动化. 2016. • 刘伟, 姚建榕. 超声波加工技术应用与研究现状[J]. 塑料, 橡胶与复合材
3
市场竞争情况
目前，超声波加工市场存在一定的竞争，研发新技术和提高产品质量是企业保持 竞争力的关键。
结论
1 超声波加工的未来发展
超声波加工将在制造业中发挥越来越重要的作用，为产品的制造和加工提供高效、精确 的解决方案。
2 发展趋势
超声波加工技术将更加智能化、自动化，提高生产效率和产品质量。
3 技术可能面临的挑战
超声波焊接
1 原理和特点
超声波焊接利用超声波的振动摩擦作用，将材料表面分子结构重新排列，实现固态焊接。
2 焊接材料
超声波焊接可用于金属、塑料、陶瓷等各种材料的焊接。
3 焊接效果示例
超声波焊接可实现高强度、无痕迹的焊接效果，广泛应用于汽车零部件、电子器件等领 域。
超声波打孔
1 原理和特点
超声波打孔利用超声波的高频振动，通过在材料表面聚焦能量，是一种利用超声波振动进行材料切割、焊接和打孔的先进技术。 本课件将介绍超声波加工的简介、原理和特点、应用案例以及市场前景。
《高压水射流加工》课件
《高压水射流加工》PPT课件
高压水射流加工
介绍高压水射流加工的概念和原理
高压水射流加工是利用高速注入物体表面的水流产生的动能，以及水流流速 和压力对物体表面产生的冲击、剪切和磨擦作用，来进行材料加工和清洁的 一种技术。
• 高压水射流加工的定义 • 高压水射流加工的原理
高压水射流加工的设备
高压水射流加工需要使用特殊的设备。
高压水射流加工的主要设备
高压水射流加工需要使用高压水泵、喷嘴和控制系统等设备。
高压水射流加工的组成部分
高压水射流加工的组成部分包括水源、增压系统、控制系统和喷嘴。
高压水射流加工的应用
高压水射流加工在各个领域都有广泛的应用。
金属加工
高压水射流加工在金属加工中常用于切割、清洗和打磨。
复合材料加工
高压水射流加工在复合材料加工中常用于修复和加工复杂形状的构件。
高压水射流加工需要采取严格的安全措施，包括穿戴防护用具和遵守操作规程等。
安全事故案例
高压水射流加工的安全事故案例包括高压水射流喷溅和误操作导致的伤害。
总结
高压水射流加工的发展前景和未来趋势
高压水射流加工在各个领域的应用不断扩大，发展前景广阔。
矿石开采
高压水射流加工在矿石开采中工的优缺点
高压水射流加工有其独特的优点和缺点。
优点
高压水射流加工具有高加工效率、无热损伤和环保等优点。
缺点
高压水射流加工的缺点包括设备成本高、能耗大和操作难度高等。
高压水射流加工的安全问题
高压水射流加工具有一定的安全风险。
安全措施
高压水射流加工
介绍高压水射流加工的概念和原理
高压水射流加工是利用高速注入物体表面的水流产生的动能，以及水流流速 和压力对物体表面产生的冲击、剪切和磨擦作用，来进行材料加工和清洁的 一种技术。
• 高压水射流加工的定义 • 高压水射流加工的原理
高压水射流加工的设备
高压水射流加工需要使用特殊的设备。
高压水射流加工的主要设备
高压水射流加工需要使用高压水泵、喷嘴和控制系统等设备。
高压水射流加工的组成部分
高压水射流加工的组成部分包括水源、增压系统、控制系统和喷嘴。
高压水射流加工的应用
高压水射流加工在各个领域都有广泛的应用。
金属加工
高压水射流加工在金属加工中常用于切割、清洗和打磨。
复合材料加工
高压水射流加工在复合材料加工中常用于修复和加工复杂形状的构件。
高压水射流加工需要采取严格的安全措施，包括穿戴防护用具和遵守操作规程等。
安全事故案例
高压水射流加工的安全事故案例包括高压水射流喷溅和误操作导致的伤害。
总结
高压水射流加工的发展前景和未来趋势
高压水射流加工在各个领域的应用不断扩大，发展前景广阔。
矿石开采
高压水射流加工在矿石开采中工的优缺点
高压水射流加工有其独特的优点和缺点。
优点
高压水射流加工具有高加工效率、无热损伤和环保等优点。
缺点
高压水射流加工的缺点包括设备成本高、能耗大和操作难度高等。
高压水射流加工的安全问题
高压水射流加工具有一定的安全风险。
安全措施
高压水射流加工技术培训课件
高压水射流加工技术
基本概念：
高压水射流，是以水为介质，通过高压发生设备增压获得巨大能量，经一定形状的喷嘴喷出的一股能量集中的高速水流，并被利用完成加工。
应用领域：
表面清洗
工业切割
表面清洗：
根据不同的清洗对象和要求，采用适合的射流形式和执行机构，利用射流很高的冲击动能，连续不断地对被清洗基体进行打击、冲蚀，以剥离、清除污垢，达到清洗基体的目的。
优点：
1.保护被清洗物的基体，不会产生腐蚀；
2.易于实现自动化、机械化和智能化；
3.清洗效率比传统的机械清洗、化学清洗高5-10倍；
4.对应用环境适应性高。
3.高压水射流加工技术
——表面清洗案例
3.高压水射流加工技术
——表面清洗案例
工业切割：
可以替代常规的金属切割加工、电火花加工及线切割加工，能与激光加工媲美，俗称为“水刀”。
包括纯水射流切割和含磨料的精密切割。
优点：
1. 操作环境清洁安全，成本低。
2. 所加工物料无裂缝、无毛边、无浮渣，切口小且平整，不产生热效应，切缝可以达到较高精度。
3. 适用性强，切割范围广。
4. 不会发热，切割产生的碎屑和热量被水携带走，切口表面光洁，无飞粒伤人的危险。
5. 可以同机器人配合，利用计算机控制，进行三维曲面的复杂
形状的加工。
3.高压水射流加工技术
水射流切割大理石
高压水射流切割机切割不锈钢板。
《高压水射流加工》课件
高压水射流清洗技术使用水作为清洗 介质，安全可靠，对环境和人体无害 。
适用范围广
该技术适用于各种材料的清洗，如金 属、玻璃、陶瓷、塑料等，广泛应用 于表面处理、化工、食品加工等领域 。
高压水射流表面处理技术
提高表面质量
高压水射流表面处理技术利用高 压水流对材料表面的冲击力，能 够改善材料表面的粗糙度、平整 度和光洁度，从而提高表面质量
的切割效率和精度。
适用范围广
该技术适用于各种材料的切割，如 金属、玻璃、陶瓷、复合材料等， 广泛应用于机械制造、航空航天、 汽车制造等领域。
环保节能
与传统的切割技术相比，高压水射 流切割技术不产生有害物质，噪音 和振动较小，有利于环保和节能。
高压水射流清洗技术
表面清洗效果好
安全可靠
高压水射流清洗技术利用高压水流对 物体表面的冲击力，能够有效地清除 各种污垢和杂质，具有较好的清洗效 果。
特点
高压水射流加工具有高效、环保 、低成本等优点，被广泛应用于 工业生产、建筑、采矿等领域。
高压水射流加工的原理
原理
通过高压泵将水或其他液体加压，形成高速水流，再通过喷嘴或切割刀具将水 流以极高的速度喷出，从而产生强大的冲击力和切割力，实现对材料的加工。
影响因素
影响高压水射流加工效果的因素包括压力、喷嘴直径、水流速度、加工距离等 。
绿色制造与可持续发展
在环保要求日益严格的背景下，研究 和发展绿色、环保的高压水射流加工 技术，以实现可持续发展。
05
高压水射流加工的实际应用案例
高压水射流加工在金属切割中的应用案例
总结词
高效、环保、低成本
详细描述
高压水射流加工利用高速水流对金属进行切割，相比传统机械切割具有更高的效 率和精度，同时减少了对周围环境的污染和噪音。此外，由于水流的冲击力可以 调节，因此切割成本相对较低，适用于各种金属03
超声波加工课件
超声波加工
超声波加工 （Ultrasonic Machining , USM)
超声波加工的基本原理和特点 超声波加工设备及其组成部分 超声波加工速度、精度、 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响 因素 超声波的应用技术
1.超声加工的基本原理和特点 1.超声加工的基本原理和特点
1.1 超声波及其特性 1.2 超声加工的基本原理 1.3 超声加工的特点
a）微细孔 b）型腔 c）异形通孔 d) 弯曲孔 e) 刻槽 g）套料 h）切圆 i） 复杂沟槽
4.3 超声振动切削
4.3 超声振动切削
4.3 超声振动切削
4.4 超声波复合振动研磨
4.5 超声清洗
冲击液直接作用到被清洗的部位，使污物遭到破坏， 冲击液直接作用到被清洗的部位，使污物遭到破坏， 并从被清洗表面脱落下来。 并从被清洗表面脱落下来。其原理主要是基于清洗液 在超声波作用下产生空化效应的结果。 在超声波作用下产生空化效应的结果。空化效应产生 的强烈 此方法主要用于几何形状复杂、 此方法主要用于几何形状复杂、清洗质量要求高而用 其它方法清洗效果差的中小精密零件， 其它方法清洗效果差的中小精密零件，特别是工件上 的深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、 的深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、窄缝等部位的 精清洗，生产率和净化率都很高。 精清洗，生产率和净化率都很高。目前在半导体和集 成电路元件、仪器仪表零件、电真空器件、光学零件、 成电路元件、仪器仪表零件、电真空器件、光学零件、 医疗器械等的清洗中应用。 医疗器械等的清洗中应用。
次声波
可听声波
超声波
超声波的特性
超声波可在气体、液体、固体、 ① 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效 传播。 传播。 超声波可传递很强的能量。 ② 超声波可传递很强的能量。 ③ 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 超声波在液体介质中传播时， ④ 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的 空化现象。 冲击和空化现象 冲击和空化现象。
超声波加工 （Ultrasonic Machining , USM)
超声波加工的基本原理和特点 超声波加工设备及其组成部分 超声波加工速度、精度、 超声波加工速度、精度、表面质量及其影响 因素 超声波的应用技术
1.超声加工的基本原理和特点 1.超声加工的基本原理和特点
1.1 超声波及其特性 1.2 超声加工的基本原理 1.3 超声加工的特点
a）微细孔 b）型腔 c）异形通孔 d) 弯曲孔 e) 刻槽 g）套料 h）切圆 i） 复杂沟槽
4.3 超声振动切削
4.3 超声振动切削
4.3 超声振动切削
4.4 超声波复合振动研磨
4.5 超声清洗
冲击液直接作用到被清洗的部位，使污物遭到破坏， 冲击液直接作用到被清洗的部位，使污物遭到破坏， 并从被清洗表面脱落下来。 并从被清洗表面脱落下来。其原理主要是基于清洗液 在超声波作用下产生空化效应的结果。 在超声波作用下产生空化效应的结果。空化效应产生 的强烈 此方法主要用于几何形状复杂、 此方法主要用于几何形状复杂、清洗质量要求高而用 其它方法清洗效果差的中小精密零件， 其它方法清洗效果差的中小精密零件，特别是工件上 的深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、 的深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、窄缝等部位的 精清洗，生产率和净化率都很高。 精清洗，生产率和净化率都很高。目前在半导体和集 成电路元件、仪器仪表零件、电真空器件、光学零件、 成电路元件、仪器仪表零件、电真空器件、光学零件、 医疗器械等的清洗中应用。 医疗器械等的清洗中应用。
次声波
可听声波
超声波
超声波的特性
超声波可在气体、液体、固体、 ① 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效 传播。 传播。 超声波可传递很强的能量。 ② 超声波可传递很强的能量。 ③ 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 超声波在液体介质中传播时， ④ 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的 空化现象。 冲击和空化现象 冲击和空化现象。
高压水射流技术ppt课件
d 4Q 4Q V C 2 P (1 9)
当 P -- MPa,Q -- cm3 /s, ρ -- g/cm3 时，喷嘴直径为：
d
4
2.22 *1010 Q 2 2C 2 P
(1 10)
此时喷嘴直径 d 单位为 cm。
五、射流水功率
W = PQ 其中，W -- 射流水功率，w； Q -- 射流流量， cm3 /s； P -- 射流压力，MPa。 六、射流冲击力 F = 102Q2/A 其中， F --射流冲击力，KN； Q -- 射流流量， cm3 /s； ρ -- 射流介质密度，g/cm3； A -- 喷嘴出口截面积，cm2。 (1-12) (1-11)
一、加长喷嘴牙轮钻头 研究淹没非自由钻井射流动力学 和井底能量衰减规律，建立了优 选井底水力参数的新模式和新程 序，解决了喷射钻井长期未解决 的一个重要理论问题。
根据该理论成果研 制成功加长喷嘴牙 轮钻头(第一代钻头)， 在相同泵压条件下， 井底水功率提高30-40%，井底动压力提 高90--110%，压力 梯度提高1.5 倍。推 广应用3000多只， 平均提高钻速20-30%，提高进尺40-50%。
1V1 A1 2V2 A2 (1 6) 二、射流速度 V = C (2P/)1/2 （1-7） 其中，V -- 射流速度，m/s； C -- 流速系数； P -- 射流压力，MPa； ρ -- 射流介质密度，g/cm3
三、射流流量
Q = VA = (d2 /4) V (1-8) 其中， Q -- 射流流量， cm3 /s； V -- 射流速度，cm/s； A -- 喷嘴出口截面积，cm2 ； d -- 喷嘴出口直径，cm. 四、喷嘴直径
1. 基本原理
高压水射流，是以水为介质，通过高压发生设备 增压获得巨大能量，经一定形状的喷嘴喷出的一股能 量集中的高速水流。
当 P -- MPa,Q -- cm3 /s, ρ -- g/cm3 时，喷嘴直径为：
d
4
2.22 *1010 Q 2 2C 2 P
(1 10)
此时喷嘴直径 d 单位为 cm。
五、射流水功率
W = PQ 其中，W -- 射流水功率，w； Q -- 射流流量， cm3 /s； P -- 射流压力，MPa。 六、射流冲击力 F = 102Q2/A 其中， F --射流冲击力，KN； Q -- 射流流量， cm3 /s； ρ -- 射流介质密度，g/cm3； A -- 喷嘴出口截面积，cm2。 (1-12) (1-11)
一、加长喷嘴牙轮钻头 研究淹没非自由钻井射流动力学 和井底能量衰减规律，建立了优 选井底水力参数的新模式和新程 序，解决了喷射钻井长期未解决 的一个重要理论问题。
根据该理论成果研 制成功加长喷嘴牙 轮钻头(第一代钻头)， 在相同泵压条件下， 井底水功率提高30-40%，井底动压力提 高90--110%，压力 梯度提高1.5 倍。推 广应用3000多只， 平均提高钻速20-30%，提高进尺40-50%。
1V1 A1 2V2 A2 (1 6) 二、射流速度 V = C (2P/)1/2 （1-7） 其中，V -- 射流速度，m/s； C -- 流速系数； P -- 射流压力，MPa； ρ -- 射流介质密度，g/cm3
三、射流流量
Q = VA = (d2 /4) V (1-8) 其中， Q -- 射流流量， cm3 /s； V -- 射流速度，cm/s； A -- 喷嘴出口截面积，cm2 ； d -- 喷嘴出口直径，cm. 四、喷嘴直径
1. 基本原理
高压水射流，是以水为介质，通过高压发生设备 增压获得巨大能量，经一定形状的喷嘴喷出的一股能 量集中的高速水流。
超声波加工和超高压水射流加工简介(ppt 23页)
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3. 控制系统 可根据具体情况选择机械、气压和液压控制。工作台应能纵、横向灵活
移动，适应大面积和各种型面加工的需要。当采用程序控制和数字控 制系统是理想的。目前，已出现程序控制液体加工机，其工作台尺寸 为1.2m×1.5m，移动速度为380mm/s。 4. 过滤设备 在进行超高压水射流加工时，对工业用水进行必要的处理和过滤有着重 要意义：延长增压系统密封装置、宝石喷嘴等的寿命，提高切割质量， 提高运行的可靠性。因此要求过滤器很好的滤除液体中的尘埃、微粒、 矿物质沉淀物，过滤后的微粒应小于0.45。液体经过过滤以后，可以 减少对喷嘴的腐蚀。切削时摩擦阻尼很小，夹具简单。当配有多个喷 嘴时，还可以采用多路切削，提高切削速度。
孔、型孔、型腔、套料、微细孔、弯曲孔、刻槽、落料、 复杂沟槽等。 2. 切割加工 一般加工方法用于普通机械加工切割脆硬的半导体材料是很 困难的，采用超声波切割则较为有效，而且超声波精密切 割半导体、氧化铁、石英等，精度高、生产率高、经济性 好，并且可以利用多刃刀具，切割单晶硅片，一次可以切 割加工10~20片。
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(3) 超声波通过不同介质时，在界面上发生波速突变，产生 波的反射和折射现象。能量反射的大小决定于两种介质的 波阻抗(密度与波速的乘积称为波阻抗)。介质的波阻抗相 差愈大，超声波通过界面时能量的反射率愈高。当超声波 从液体或固体传入到空气或者从空气传入液体或固体的情 况下，反射率都接近100%，此外空气有可压缩性，更碍 阻了超声波的传播。为了改善超声波在相邻介质中的传递 条件，往往在声学部件的各连接面间加入机油、凡士林作 为传递介质以消除空气及因它引起的衰减。
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(5) 加工材料范围广，既可用来加工非金属材料，也可以加 工金属材料，而且更适宜于加工切割薄的和软的材料。
3. 控制系统 可根据具体情况选择机械、气压和液压控制。工作台应能纵、横向灵活
移动，适应大面积和各种型面加工的需要。当采用程序控制和数字控 制系统是理想的。目前，已出现程序控制液体加工机，其工作台尺寸 为1.2m×1.5m，移动速度为380mm/s。 4. 过滤设备 在进行超高压水射流加工时，对工业用水进行必要的处理和过滤有着重 要意义：延长增压系统密封装置、宝石喷嘴等的寿命，提高切割质量， 提高运行的可靠性。因此要求过滤器很好的滤除液体中的尘埃、微粒、 矿物质沉淀物，过滤后的微粒应小于0.45。液体经过过滤以后，可以 减少对喷嘴的腐蚀。切削时摩擦阻尼很小，夹具简单。当配有多个喷 嘴时，还可以采用多路切削，提高切削速度。
孔、型孔、型腔、套料、微细孔、弯曲孔、刻槽、落料、 复杂沟槽等。 2. 切割加工 一般加工方法用于普通机械加工切割脆硬的半导体材料是很 困难的，采用超声波切割则较为有效，而且超声波精密切 割半导体、氧化铁、石英等，精度高、生产率高、经济性 好，并且可以利用多刃刀具，切割单晶硅片，一次可以切 割加工10~20片。
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(3) 超声波通过不同介质时，在界面上发生波速突变，产生 波的反射和折射现象。能量反射的大小决定于两种介质的 波阻抗(密度与波速的乘积称为波阻抗)。介质的波阻抗相 差愈大，超声波通过界面时能量的反射率愈高。当超声波 从液体或固体传入到空气或者从空气传入液体或固体的情 况下，反射率都接近100%，此外空气有可压缩性，更碍 阻了超声波的传播。为了改善超声波在相邻介质中的传递 条件，往往在声学部件的各连接面间加入机油、凡士林作 为传递介质以消除空气及因它引起的衰减。
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(5) 加工材料范围广，既可用来加工非金属材料，也可以加 工金属材料，而且更适宜于加工切割薄的和软的材料。
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3. 超声波焊接加工
超声波焊接是利用超声频振动作用，使被焊接工件 的两个表面在高速振动撞击下，去除工件表面的氧化膜， 使该表面摩擦发热黏结在一起。因此它不仅可以加工金属， 而且可以加工尼龙、塑料等制品。例如在机械制造业中， 利用超声波焊接加工的双联齿轮。由于该种加工方法不需 要外加热和焊剂，热影响小、外加压力也小，不产生污染， 工艺性和经济性也好。因此，该种方法可焊接直径或厚度 很小的材料(可达0.015~0.03mm)，焊接材料不仅仅限于金 属，还可以焊接塑料、纤维等制品。目前在大规模的集成 电路制造中已广泛采用该中加表面粗糙度也较好，公差可达0.008mm之内，表面粗糙度Ra
值一般在0.1~0.4之间。 (3) 由于工具和工件不做复杂相对运动，工具与工件不用旋转，因此易于
加工出各种与工具形状相一致的复杂形状内表面和成形表面。超声波 加工机床的结构也比较简单，只需一个方向轻压进给，操作、维修方 便。 (4) 超声波加工面积不大，工具头磨损较大，故生产率较低。
第9章 超声波加工和超高压水射流加工
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9.1 超声波加工
近十几年来，超声波加工与传统的切削加工 技术相结合而形成的超声波振动切削技术得到迅 速的发展，并且在实际生产中得到广泛的应用。 特别是对于难加工材料的加工取得良好的效果， 使加工精度、表面质量得到显著提高。尤其是有 色金属、不锈钢材料、刚性差的工件的加工中， 体现其独特的优越性。
(2) 当超声波经液体介质传播时，将以极高的频率压迫液体质点振动，在 液体介质中连续地形成压缩和稀疏区域。由于液体基本上不可压缩， 由此产生压力正、负交变的液压冲击和空化现象。由于这一过程时间 极短，液体空腔闭合压力可达几十个标准大气压，并产生巨大的液压 冲击。这一交变的脉冲压力作用在邻近的零件表面上会使其破坏，引 起固体物质分散、破碎等效应。
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9.1.1 超声波特性及其加工的基本原理
1. 超声波及其特性
(1) 超声波能传递很强的能量。超声波的作用主要是对其传播方向上的障 碍物施加压力(声压)，以这个压力的大小来表示超声波的强度，传播 的波动能量越强，则压力也越大。由于超声波的频率很高，其能量密 度可达100W/cm2以上。在液体或固体中传播超声波时，由于介质密 度和振动频率都比空气中传播声波时高许多倍，因此同一振幅时，液 体、固体中的超声波强度、功率、能量密度要比空气中的声波高千万 倍。
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浮液；7—振动头
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9.1.2 超声波加工的特点
超声波加工的特点如下： (1) 适合于加工各种不导电的硬脆材料，例如玻璃、陶瓷(氧化铝、氮化
硅等)、石英、锗、硅、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，但加工生产率较低。 对于橡胶则不可进行加工。 (2) 加工精度较高。由于去除加工材料是靠磨料对工件表面撞击作用，故 工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形
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9.1.3 超声波加工设备
1. 超声波发生器
超声波发生器也称超声或超声频发生器，其 作用是将50Hz的交流电转变为有一定功率输出的 16 000Hz以上的超声高频电振荡，以提供工具端 面往复振动和去除被加工材料的能量。其基本要 求是输出功率和频率在一定范围内连续可调，最 好能具有对共振频率自动跟踪和自动微调的功能， 此外要求结构简单、工作可靠、价格便宜、体积 小等。
1．成形加工
超声波加工目前在各工业部门中主要用于对脆硬材 料加工圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔、弯曲孔、刻槽、 落料、复杂沟槽等。
2. 切割加工
一般加工方法用于普通机械加工切割脆硬的半导体 材料是很困难的，采用超声波切割则较为有效，而且超声 波精密切割半导体、氧化铁、石英等，精度高、生产率高、 经济性好，并且可以利用多刃刀具，切割单晶硅片，一次 可以切割加工10~20片。
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2. 超声振动系统
超声振动系统的作用是把高频电能转变为 机械能，使工具端面作高频率小振幅的振动， 并将振幅扩大到一定范围(0.01~0.15mm)以进行 加工。它是超声波加工机床中很重要的部件。 由换能器、变幅杆(振幅扩大棒)及工具组成。
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3. 磨料工作液及循环系统
对于简单的超声波加工装置，其磨料是靠人 工输送和更换的，即在加工前将悬浮磨料的工作 液浇注堆积在加工区，加工过程中定时抬起工具 并补充磨料。也可利用小型离心泵使磨料悬浮液 搅拌后注入加工间隙中去。对于较深的加工表面， 应将工具定时抬起以利于磨料的更换和补充。大 型超声波加工机床采用流量泵自动向加工区供给 磨料悬浮液，且品质好，循环也好。
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(3) 超声波通过不同介质时，在界面上发生波速突变，产生 波的反射和折射现象。能量反射的大小决定于两种介质的 波阻抗(密度与波速的乘积称为波阻抗)。介质的波阻抗相 差愈大，超声波通过界面时能量的反射率愈高。当超声波 从液体或固体传入到空气或者从空气传入液体或固体的情 况下，反射率都接近100%，此外空气有可压缩性，更碍 阻了超声波的传播。为了改善超声波在相邻介质中的传递 条件，往往在声学部件的各连接面间加入机油、凡士林作 为传递介质以消除空气及因它引起的衰减。
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4. 机床本体
超声波加工机床一般比较简单，机床本体就 是把超声波发生器、超声波振动系统、磨料工作 液及其循环系统、工具及工件按照所需要位置和 运动组成一体。还包括支撑声学部件的机架及工 作台、使工具以一定压力作用在工件上的进给机 构及床体等部分。
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9.1.4 超声波加工的应用
(4) 超声波在一定条件下，会产生波的干涉和共振现象。
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2. 超声波加工的基本原理
超声波加工是利用工具端面作超声频振荡，再将这 种超声频振荡，通过磨料悬浮液传递到一定形状的工具头 上，加工脆硬材料的一种成形方法。加工原理如下图所示。
超声波加工原理示意图
1—工具；2—冷却器；3—加工槽；4—夹具；5—工件；6—磨料悬