特种加工chap7

第七章超声加工

一、课内习题及答案

1．超声加工时的进给系统有何特点？

答：超声加工时的进给系统是靠重锤通过杠杆使工具轻轻压在工件上，靠轻微的压力使工具端面和磨粒与工件表面接触，工件表面去掉多少、进给多少，是悬浮式的柔性进给系统，而不是刚性的进给系统实现的，它与机械加工和电火花加工的进给系统不一样。

2．一共振频率为25kHz的磁致伸缩型超声清洗器，底面中心点的最大振幅为0.01mm，试计算该点最大速度和最大加速度。它是重力加速度g的多少倍？如果是共振频率为50kHz的压电陶瓷型超声清洗器，底面中心点的最大振幅为0.005mm，则最大速度和加速度又是多少？

答：按教材中超声振动时的最大速度υmax和最大加速度a max计算公式

υmax= ωA= 2πfA= 2π×25000×0.01= 1570.8 mm/s = 1.57 m/s，

a max= ω2A= 4π2×250002×0.01 = 246.74×106 mm/s2= 246740 m/s2，

是地心加速度g =9.8 m/s2的25000倍。

如果共振频率增加为一倍f =50kHz,振幅减小成一半A =0.005mm,则

υmax= 1.57×2/2 = 1.57 mm/s，

a max= 246740×4/2 = 493480 m/s2，

是地心加速度g的50000倍。

3．试判断超声加工时：（1）工具整体在作超声振动；（2）只有工具端面在作超声振动；（3）工具各个横截面都在作超声振动，单个截面同一时间的振幅并不一样；（4）工具各个横截面依次都在作“原地踏步”式的振动。以上各点，哪种说法最确切？有无更确切的说法？

答：以上说法中，（3）比较确切，超声波在工具(变幅杆)内传递时，各个横截面都在作超声振动，单个截面在同一时间的振幅不一样，有的截面振幅始终为零（如固定超声系统的驻波点），有的有时振幅最大，如工具端面的加工点。

最确切的说法是，应按教材中的超声波在固体中的传播过程，各质点都在传播方向上振动，但传到端面后波在反射，两者的合成运动才是各质点的实际运动。

4．超声波为什么能“强化”工艺过程，试举出几种超声波在工业、农业或其它行业中的应用。

答：超声波因具有较大的瞬时速度，尤其是瞬时加速度，故可用作强化工艺过程。如工业中的粉碎（使物质颗粒细化），乳化。在农业上可用强超声处理种子优化品种，在医学上可用强超声波击碎人体内的肾结石、胆结石等等。

二、课外习题及答案

（一）是非题（“√”表示正确，“×”表示错误）

1．超声加工时，把频率调高，加工速度就可提高。（×）

2．阶梯形变幅杆振幅放大倍数最高，但内应力最大，受负载变化对振幅衰减的影响也最大。（√）

（二）填充题

1．超声加工去除材料的原理是（磨粒在超声振动的作用下，高速撞击工件表面，将表面材料粉碎成很细的微粒去除下来），此外液体在超声振动下产生的（冲击波）和（空化）现象，也加强了破坏蚀除作用，故只能加工（脆硬）材料。

2．常用的超声变幅杆有：（阶梯形）、（锥形）、（指数形）及（悬链线形）。

3．超声可以（强化）工艺过程，超声复合加工有：（超声电火花复合加工）、（超声电化学复合加工）、（超声调制激光复合加工），以及（超声机械加工、研磨加工）。

4．超声加工时，设工具端面的最大振幅是A ，则瞬时位移量S=（A sin ωt ）;瞬时速度υ=（ωA cos ωt ）；最大速度υmax =（ωA ）；瞬时加速度a =（ω2A sin ωt ），最大加速度a max =（-ω2A ）。

（三）选择题

1．超声加工时：a ．工具整体在作超声运动 ；b ．只有工具端面在作超声运动 ；c ．工具中各个截面都在作超声振动，但他们的相位在时间上不一致。（ c ）

（四）问答题

1．超声波加工的基本原理、特点和应用范围

答：基本原理：工具作超声频振动，振动的能量传给磨料悬浮液，磨粒以极大的速度不断冲击抛磨被加工工件表面，

使材料发生破坏，而成粉末被打击下来。同时悬浮工作液受工

具端面的超声振动作用而产生空化作用，使被加工材料表面的

微观裂纹加大，加强了机械破坏作用，并促使磨料悬浮液的循

环流动，使磨料不断更新，蚀除物被带走。在外力F 的作用

下，工具逐渐深入材料中，工具形状便复现在工件上。

特点和应用:

①适用于各种脆硬材料，如玻璃、石英、陶瓷、宝石、金

刚石及各种半导体材料的加工，也能加工硬质金属材料，如淬

火钢、硬质合金等，但生产率低。

②工件形状和工具形状一致，只要将工具做成一定形状和尺寸，就可以加工出各种相应形状的型孔、型腔、成形表面雕刻花纹和图案等。

F

③加工过程中的宏观作用力小、热影响小、有利于薄壁、窄缝、薄片零件的加工。

④加工精度高，可达0.02~0.05mm，表面粗糙度R a<0.16μm，超声加工主要用于脆硬材料的孔加工、套料、切割、雕刻以及研磨金刚石拉丝模等。