超声波加工
超声波加工技术的研究与应用
超声波加工技术的研究与应用超声波是指频率大于20 kHz的机械波，因其具有易于调节、浅表性加工等优势，近年来在加工领域得到广泛应用，成为一种重要的新兴加工技术。
本文将从超声波加工技术的原理、特点、研究现状以及应用领域四个方面进行阐述。
一、超声波加工技术的原理超声波加工技术的核心原理是利用超声波传导的机械振动引起物体的微小位移，从而实现加工目的。
超声波加工技术通常采用高频振荡器产生超声波，其能量通过声波振幅传递到加工工具，再通过工具的振动作用于被加工物体。
这种超声波传导的振动能量有强烈的破坏性，可以使材料迅速产生渐进性断裂，从而进行相应的加工。
超声波加工技术可分为振动智能控制，超声冲击波加工控制，超声波整理和超声波车削几类。
二、超声波加工技术的特点超声波加工技术具有以下特点：（1）易于调节。
由于超声波频率可随意变换，所以加工过程中易于调控，不会对材料本身造成过大的损伤。
（2）针对表面加工。
由于超声波加工的振动频率大，因此只能实现浅表性的加工，通常用于表面修整、去毛刺、去污等精细处理。
（3）高效节能。
超声波加工技术的加工效率高，同时由于其加工方式具有局部性，因此能够充分利用能量，达到高效节能的目的。
三、超声波加工技术的研究现状目前，国内外对于超声波加工技术的研究大部分集中于超声波加工的机理、材料性能变化、加工参数优化等方面。
近年来，超声波加工技术在新材料加工领域得到广泛应用，如新型金属材料、高强度焊接材料等都可以用超声波加工来进行修整、加工、处理等。
此外，超声波加工技术还在精密加工、微机械加工等领域得到广泛应用，其中最典型的应用就是超声波打孔技术，多用于石英和陶瓷等硬质材料的加工。
四、超声波加工技术的应用领域超声波加工技术具有广泛的应用领域。
其中，应用最广的无疑是超声波手术刀，已成为现代微创手术的首选器械。
同时，在汽车、航空、航天、军工等领域，超声波加工技术也得到了广泛的应用，如超声波焊接、超声波清洗、超声波测厚等。
超声波加工技术
比方：采用超声波与电化学加工相结合的方法加 工喷油嘴、喷丝板上的小孔或窄缝，能极大的 进步加工速度和加工质量。
4、超声波清洗
超声波清洗的原理主要是利用超声波频振动在 液体中产生的交变冲击波和空化作用。
空化效应产生的强烈冲击波，产生的空化气泡 浸透到污物与被清洗部位外表之间，促使污物 脱落；
四、超声波加工的应用：
1、型孔、型腔加工
a)加工微细孔; b)加工型腔；c)加工异形孔
套料；
切圆；
复杂沟槽
弯曲孔；
刻槽
2、切割加工 超声精细
切割半导体、 铁氧体、石英、 宝石、陶瓷、 金刚石等硬脆 材料，
a)切片；b)多个圆片落料；c)多片圆板落料 ；d〕切割单晶硅片
3、复合加工
超声波加工与其它加工方法相结合。 利用超声波加工硬质合金、耐热合金等金属材料
整个振动系统的联接部分应接触严密，否则 超声波传递过程中将损失很大能量。在螺纹 联接处应涂以凡士林油，绝不可存在空气间 隙，因为超声波通过空气时会很快衰减。
3 、机床本体
CSJ-2型超声波加工机床 l--工作台；2--上具；3--变幅杆；4--换能器 5--导轨；6--支架；7--平衡重锤
4、 磨料工作液及其循环系统
二、超声加工的特点
1〕合适加工各种硬脆材料，尤其是玻璃、陶 瓷、宝石、石英、锗、硅、石墨等不导电的 非金属材料。也可加工淬火钢、硬质合金、 不锈钢、钛合金等硬质或耐热导电的金属材 料，但加工效率较低。
二、超声加工的特点
1〕合适加工各种硬脆材料，尤其是玻璃、陶瓷、宝石、石 英、锗、硅、石墨等不导电的非金属材料。也可加工淬火钢、 硬质合金、不锈钢、钛合金等硬质或耐热导电的金属材料， 但加工效率较低。 2〕由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬时部分的冲击作用， 故工件外表的宏观切削力很小，切削应力、切削热更小，不 会产生变形及烧伤，外表粗糙度也较低，可达Ra0．630．08um，尺寸精度可达正负0．03mm，也适于加工薄壁、 窄缝、低刚度零件。 3〕工具可用较软的材料、做成较复杂的形状，且不需要工 具和工件作比较复杂的相对运动，便可加工各种复杂的型腔 和型面。一般，超声加工机床的构造比较简单，操作、维修 也比较方便。 4〕超声加工的面积不够大，而且工具头磨损较大，故消费 率较低。
超声波加工
什么是超声波加工超声波加工（USM，Ultrasonic Machining）是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及利用超声振动使工件相互结合的加工方法。
超声波加工技术是随着机械制造和仪器制造中各种脆硬材料（如玻璃，陶瓷，半导体，铁氧体等）和难以加工材料（如高温及难溶合金，硬质合金等）的不断出现而应用和发展起来的新加工方法。
当经过液体介质传播时，将以极高的频率压迫液体质点振动，连续形成压缩和稀疏区域产生液体冲击和空化现象，引起邻近固体物质分散，破碎等效应。
超声波加工比电火花，电解加工的生产效率低，但加工精度和表面粗糙度比前者好。
并且能加工半导体和非半导体。
因此，当前国内模具行业一般先用电火花加工和半精加工，最后用超声波进行抛磨精加工。
早期的超声加工主要依靠工具作超声频振动，使悬浮液中的磨料获得冲击能量，从而去除工件材料达到加工目的。
但加工效率低，并随着加工深度的增加而显著降低。
后来，随着新型加工设备及系统的发展和超声加工工艺的不断完善，人们采用从中空工具内部向外抽吸式向内压人磨料悬浮液的超声加工方式，不仅大幅度地提高了生产率，而且扩大了超声加工孔的直径及孔深的范围。
近20多年来，国外采用烧结或镀金刚石的先进工具，既作超声频振动，同时又绕本身轴线以1000—5000r/min的高速旋转的超声旋转加工，比一般超声波加工具有更高的生产效率和孔加工的深度，同时直线性好、尺寸精度高、工具磨损小，除可加工硬脆材料外，还可加工碳化钢、二氧化钢、二氧化铁和硼环氧复合材料，以及不锈钢与钛合金叠层的材料等。
目前，已用于航空、原子能工业，效果良好。
1 超声波加工基本原理加工时工具以一定的静压力作用于工件上，在工具和工件之间加入磨料悬浮液（水或煤油和磨料的混合物）。
超声波换能器产生16kHz以上的超声频轴向振动，并借助变幅杆把振幅放大到0.02~0.08mm，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度不断撞击，抛磨被加工表面，把加工区的材料粉碎成非常小的微粒。
超声波加工
超声波加工
▪ 超声波加工具有如下特点：
3）由于去除加工材料是靠极细小磨粒的瞬时局部 的撞击作用，故工件表面的宏观作用力很小， 不会引起变形和烧伤，表面粗糙度也较好，加 工精度可达0.01～0.02mm ，而且可以加工薄 璧、窄缝、低刚性工件。
超声波加声波加工设备
4 超声波加工的应用
模具制造工艺学
超声波加工
▪ 超声波加工具有如下特点：
1）适于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金 属材料（如陶瓷、玻璃、宝石、金刚石等）， 扩大了模具材料的选用范围。
超声波加工
▪ 超声波加工具有如下特点：
2）工具可用较软的材料做成较复杂的形状，不需 要工具相对于工件做复杂的运动，机床结构也 很简单，操作方便。
超声波加工
▪ 2 超声波加工设备
（3）机床及磨料工作液，超声波加工机床一般比 较简单，包括支撑声学部件的机架、工作台 面，以及使工具以一定压力作用在工件上的 进给机构等。平衡锤是用于调节加工压力的。 工作液一般为水，为了提高表面质量，也有 用煤油的。磨料常用碳化硼、碳化硅或氧化 铝。简单机床的磨料是靠人工输送和更换的。
模具制造工艺学
▪ 超声波加工
超声波加工也称超声加工，是利用工具端面做超声频振动， 并通过悬浮液中的磨料加工脆硬材料的一种加工方法。
超声波加工
▪ 1 基本原理与特点
超声波加工
▪ 1 基本原理与特点
加工时，在工具和工件之间加入液体和磨料混 合的悬浮液，并使工具以很小的力 F 轻轻压在工 件上。超声换能器产生16000HZ以上的超声频纵 向振动，并借助于变幅杆把振幅放大到0.05— 0.1mm左右，驱动工具端面做超声振动，从而产 生高频、交变的液压冲击波，迫使工作液中的悬 浮磨粒以很大的速度和加速度不断撞击、抛磨被 加工表面，把加工区的工件局部材料粉碎成很细 的微粒，并从工件上撞击下来。
超声波加工的基本原理特点和应用范围
超声波加工的基本原理特点和应用范围一、超声波加工的基本原理超声波是指频率高于20kHz的机械波，其传播方式和普通机械波相同，但具有更高的频率和更小的波长。
超声波加工是利用超声波在材料中产生的高强度振动和微小的剪切力来实现加工目的。
1. 超声波振动原理超声波在介质中传播时，会引起介质分子围绕其平衡位置做往返运动，形成纵向振动和横向振动。
其中纵向振动是主要的，也是超声波加工中利用最多的一种振动。
2. 超声波剪切力原理当超声波传递到介质表面时，由于介质表面与空气之间存在较大的阻抗差异，会产生反射和折射。
反射部分会形成驻波，在驻波节点处产生高强度剪切力。
这种剪切力可以使材料表面发生微小位移，并在重复作用下逐渐磨损材料表面。
二、超声波加工的特点1. 高效性由于超声波具有高频率、小波长和高能量密度等特点，可以在短时间内完成大量加工任务，提高生产效率。
2. 精度高超声波加工过程中，由于振动频率高、振幅小，因此可以实现微小的位移和剪切，从而达到高精度的加工效果。
3. 环保性好超声波加工不需要使用化学药剂和润滑剂等化学物质，减少了对环境的污染。
4. 适用性广超声波加工可以用于各种材料的加工，包括金属、陶瓷、塑料等。
同时还可以实现多种形式的加工，如打孔、焊接、切割等。
三、超声波加工的应用范围1. 金属材料加工超声波在金属材料上的应用非常广泛。
例如，在汽车制造中，可以利用超声波焊接技术将汽车部件焊接在一起；在电子设备制造中，则可以利用超声波打孔技术制作微型元器件等。
2. 塑料材料加工超声波可以使塑料材料发生微小变形，并在重复作用下逐渐磨损材料表面，从而实现切割、打孔等加工任务。
例如，在医疗器械制造中，可以利用超声波加工技术制作微型零件。
3. 陶瓷材料加工陶瓷材料硬度高、脆性大，传统的加工方法难以实现高精度的加工效果。
而超声波加工可以在短时间内完成大量加工任务，并且不会对材料产生过多的热量和应力，因此适合用于陶瓷材料的打孔、切割等加工任务。
超声波加工技术
超声波加工技术随着科技的不断进步，越来越多的先进技术被应用到了生产制造、医疗、环境治理等各个领域。
在这些新兴技术中，超声波加工技术成为了备受关注的一种。
本文将介绍超声波加工技术的原理、应用以及未来的发展。
一、超声波加工技术的原理超声波加工技术是利用高频率的超声波在物体表面产生微弱但高强度的振动，使物体在一定的压力下发生破碎、剪切、摩擦等变形，从而实现加工的一种新型方法。
超声波波长短，频率高，振幅小，具有较强的穿透性和局部能量聚焦性，能大幅提高工件表面的加工精度和效率。
常见的超声波加工设备包括超声波喷淋机、超声波清洗机、超声波焊接机等。
二、超声波加工技术的应用1.工业领域超声波加工技术在工业领域中的应用非常广泛。
例如，在金属加工中，超声波可以帮助清除锈垢和切削剂污染，减少切削力并提高切削效率。
在塑料加工中，超声波加工技术可以帮助实现精细的焊接、成型、切割等加工过程。
在石材加工中，超声波是一种非接触加工方法，可用于切割、打孔、修复等石材雕刻加工。
2.医疗领域超声波加工技术在医疗领域也是非常有用的。
例如，在牙科护理中，超声波可以用于去除牙结石和色素沉积。
在眼科手术中，超声波是一种安全、有效的手术工具，可用于眼内手术，如白内障手术。
还有就是可以用于造影、核磁共振成像等医学诊断。
3.环境领域超声波加工技术在环境领域也有广泛的应用。
例如，可将波长调至100kHz以上的超声波作用于污水处理过程中的污泥和废水，可破坏细菌和病毒等有害微生物，同时产生剪切和打散原污泥的作用，从而降低处理成本和提高处理效率。
超声波也可用于处理废物、治理二氧化碳等环境修复方面。
三、超声波加工技术的未来随着科技不断进步，超声波加工技术也将继续得到更新、优化和完善。
目前，该技术的应用范围还有待扩大，技术解决方案和应用场景还需深度研究和商业化探索。
在未来，超声波的新兴技术将涉及到自动驾驶、人机交互、物联网和智能手机等领域。
总之，超声波加工技术将是未来最重要的科技之一，非常有前途和潜力。
超声波加工
4.1 超声加工
超声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、微细孔等，如图4.1所示。
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图4.1 超声加工 1-加工圆孔 2-加工型腔 3-加工异型孔 4-套料加工5-加工微细孔
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4.2 超声切割
用普通机械加工切割脆硬的半导体材料是很困难的，采用 超声切割则较为有效。
或g/min为单位来表示。 影响加工速度的因素主要有工具的振幅和频率、进给
压力、磨料的种类和粒度、被加工材料、磨料悬浮液的浓 度。浓度。
（１）工具振幅和频率的影响 过大的振幅和过高的频率会使工具和变幅杆承受很大 的内应力，振幅一般在0.01～0.1mm之间，频率在16000～ 25000Hz之间。 在实际加工中需根据不同工具调至共振频率，以获得最 大振幅，从而达到较高的加工速度。。
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超声波加工设 备包括超声发生器、 超声振动系统、机 床本体和磨料工作 液循环系统。
图2.1 CSJ-2型超声加工机床 1-支架 2-平衡重锤 3-工作台 4-工具 5-振幅扩大棒 6-换能器 7-导轨 8-标尺
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3.1加工速度及其影响因素
• 加加工速度指单位时间内去除材料的多少，以mm3/min
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（２）进给压力的影响 加工时工具对工件应有一个适当的进给压力。压力过
小时，工具端面与工件加工表面间的间隙增大，从而减少 了磨料对工件的锤击力；压力增大，间隙减少，当间隙减 少到一定程度则会降低磨料与工作液的循环更新速度，从 而降低生产率。
（３）磨料种类和粒度的影响 加工时针对不同强度的工件材料可选择不同的磨料。 磨料强度愈高，加工速度愈快，但要考虑价格成本。
资产评估师《机电设备》知识点：超声波加工
资产评估师《机电设备》知识点：超声波加工资产评估师《机电设备》知识点：超声波加工导语：超声波可以根据原理分可以分为检测超声和功率超声。
在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。
大家跟着店铺来看看超声波加工的相关内容吧。
(一)超声波加工原理超声波换能器利用铁、钴、镍等合金磁性材料在交变磁场作用下其尺寸发生伸长和缩短这一特性(这种现象称之为磁致伸缩效应)，将高频电振荡变为高频机械振动，再借助变幅杆把振幅放大，驱使工具振动，从而锤击工件表面的磨料，通过磨料加工工件的表面。
(二)超声波加工机床的组成1.超声电源。
将50Hz的交流电变为15kHz～30kHz的高频振荡(超声波)电源，供给超声波换能器。
其功率为20～4000W.2.超声振动系统。
由超声换能器和变幅杆组成。
变幅杆可以做成锥形、曲线形和阶梯形。
3.超声波加工机床本体。
由超声波加工机床本体由工作头、工作台、立柱、磨料、工作液循环系统部分组成。
(三)超声波加工特点1.适用于加工各种硬脆材料，尤其是电火花难以加工的不导电材料，如玻璃、陶瓷、金刚石等;2.由于在加工中工具通常不需要旋转，因此易于加工出各种复杂形状的型孔、型腔、成型表面等;3.加工过程中受力很小，适于加工薄壁、薄片等不能承受较大机械应力的零件。
激光加工激光是一种亮度高、方向性强、单色性好的相干光，它可以把能量高度集中在特定的小面积上，激光加工就是利用这一特性实现的。
(一)加工原理利用激光的高温高能量，把被加工的材料急剧熔化或气化，并利用冲击波去除多余物质。
目前主要用于打孔和切割。
(二)激光加工装置激光加工装置由激光器、电源、光学系统和机械系统四大部分组成。
(三)激光加工特点1.不受材料性能限制，几乎所有金属材料和非金属材料都能加工;2.加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形;3.加工速度极高，热影响区小，易于实现自动化生产和流水作业;4.可通过透明介质(如玻璃)进行加工，这对某些特殊情况(例如在真空中加工)是十分有利的。
超声波加工的基本原理
超声波加工的基本原理
超声波加工是一种利用高频超声波振动能量进行加工的方法。
其基本原理如下：
1. 超声波发生与传导：通过超声波发生器产生高频电信号，经过放大后，送至换能器（也称为超声振子）中。
换能器由压电陶瓷材料构成，在施加电场的作用下，会发生机械振动，将电能转换为超声波能量。
超声波能量通过振子的共振传导，进而传达到工作部件。
2. 超声波在工作部件中的传播：超声波通过接触换能器的界面传入工作部件中。
工作部件可以是金属、塑料、陶瓷等材料。
当超声波传播到部件中时，会在材料中引起微小的振动和变形，产生应力和应变。
这种振动具有局部聚焦的特性，可将能量高度集中在特定的位置，实现精密加工。
3. 超声波加工效应：超声波振动引起的微小振动和变形，可产生不同的加工效应。
例如，对于金属加工，超声波振动会通过压力引起局部塑性变形，从而促进金属的塑性变形和形状改变。
对于塑料加工，超声波振动则可引起材料的熔化和流动，实现焊接、切割、打孔等加工操作。
4. 控制超声波加工过程：超声波加工通常需要对振幅、频率、压力、时间等参数进行控制。
这些参数的调节可以使超声波加工适应不同材料和加工要求。
同时，加工时还需要注意控制振动的稳定性和工作部件的固定，以确保加工质量和稳定性。
总的来说，超声波加工利用高频超声波的振动能量来实现精密加工，通过超声波的传导和加工效应，对材料进行形状改变、连接、切割等操作。
这种加工方法广泛应用于微细加工、医疗器械制造、电子元器件组装等领域，具有高效、精确、无损等优点。
超声波加工的特点和应用
超声波加工的特点和应用
超声波是一种高频声波，其频率大于20kHz，可以用于各种加工和检
测方面。
超声波加工是一种非接触性的加工方法，具有高效、精度高、可靠性好、操作简单等特点，因此在各个领域应用越来越广泛。
超声波加工的特点主要包括以下几个方面：
1.高效性：超声波振动的频率高，加工速度快，能够提高生产效率。
2.精度高：由于超声波振动的幅度小，具有精密控制的特点，可实现高精度的加工。
3.无热源：超声波加工是非热加工，不会产生热变形和热影响区，有利于保持工件的原始性能。
4.无污染：超声波加工不需使用化学剂和溶剂，无粉尘和废气排放，具有环保优势。
超声波加工的应用涉及机械加工、材料加工、精密加工、微加工等领域。
以下是具有代表性的应用：
1.超声波清洗：用超声波在溶液中形成的空泡爆发的冲击力，可以达到清洗效果。
适用于净化污水、清洗加工件、洗涤纺织品等。
2.超声波切割：超声波切割可用于切割薄层材料或复合材料，可以保持材料的完整性，适用于电子设备、飞船建造和制药加工等领域。
3.超声波打孔：用超声波脉冲对材料加压，可以形成小孔或者超微孔，可应用于半导体、电子、医疗器械等行业。
4.超声波焊接：利用超声波振动产生的热量，在不需使用焊条的情况下直接把金属材料焊接在一起，有利于提高焊接质量和效率。
5.超声波喷涂：用超声波将喷涂原料震动成浓雾状，在物品表面形成一层均匀的涂料膜。
适用于各种涂料材料的处理。
总之，超声波加工由于其高效、精度高、无热源、无污染等特点，在未来的加工和制造中将有着广泛的应用前景。
超声波加工
在工具1和工件2之间注入磨料悬浮
液3，当工具1端面迫使磨料悬浮液3
中的磨粒以很大的速度和加速度不
断地撞击和抛磨被加工表面时，被
加工表面的材料被粉碎成很细的微
粒，从工件上剥落下来。虽然每次
剥落下来的材料很少，但由于每秒
钟撞击的次数多达16 000次以上，
因而仍有一定的加工速度。
超声波加工的原理 1—工具； 2—工件； 3—磨料悬浮液； 4、5—变幅杆；
6—换能器； 7—超声波发生器
12.4.2 超声波加工装置
普通超声波加工机床的结构比
较简单，其包括支承超声波振动系
统的支架、安装工件的工作台、使
工具以一定压力作用在工件上的进
给机构以及床身等部分，如图所示
为CSJ-2型超声波加工机床。超声
波振动系统安装在能上下移动的导
轨7上，导轨7由上下两组滚动导轮
4.生产率低，这是超声波加 工的一大缺点。
3.由于去除加工材料是靠极 小磨料瞬时局部的撞击作 用，因而工件表面的宏观 切削力很小，切削应力、 切削热很小，不会引起变 形及烧伤，表面粗糙度也 较好，而且可以加工薄壁、 窄缝和低刚度零件。
12.4.4 超声波加工的应用
超声波加工虽然比电火花、电解加工效率低，但其加工精 度和表面粗糙度却更好，而且能加工非导体、半导体等脆硬材 料，例如，玻璃、石英、宝石、锗、硅甚至金刚石等。即使是 电火花加工后的一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模 具，还常采用超声波门中主要用于对脆硬材料进行圆
孔、型腔、异形孔、套料和微细孔等加工，如图所示。
超声波孔、腔和套料加工
2.超声波切割加工
用普通机械加工切割 脆硬的半导体材料很困难， 采用超声波切割则较为有 效。如图所示为超声波切 割加工单晶硅片的示意图。 用锡焊或铜焊将工具（薄 钢片或磷青铜片）焊接在 变幅杆的端部，加工时注 意喷注磨料悬浮液，一次 可割10～20片。
超声波加工
超声波加工原理及特点
磨料悬浮液循环 系统
换能器冷却系统
超声加工设备
超声发 生器
磨料悬浮液循 环系统及换能 器冷却系统
超声加 工设备
超声振 动系统
机床
超声换能器 变幅杆 工具
2022/3/23
工作台及 其位置调 整系统
加压机构 及工作进 给机构
工作头
超声加工设备
超声波发生器
超声波发生器（又称超声电源）的作用是将工频交流电转换为超 声频振荡，以供给工具端面往复振动和除去工件材料的能量。
它与磨粒的直径、被加工材料的性质超声波振动的振幅以 及磨料悬浮工作液的成分等有关。
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超声波加工材料去除机理
超声波加工是一个复杂的过程，其材料去除率受许多加工参数的影响。 超声波材料加工机理和材料去除率模型， 主要可以概括为：
1) 磨料颗粒的直接锤击作用，导致工件材料去除和磨料颗粒破碎。 2) 自由运动的磨料颗粒以一定速度冲击工件表面造成的微裂纹。 3) 磨料悬浮液空化作用对工件表面的腐蚀。 4) 伴随流体产生的化学作用。
➢ 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。
前言
超声波加工（ultrasonic machining，USM） 是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬 浮液加工硬脆材料的一种加工方法
超声波加工是磨料在超声波振动作用下的 机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综 合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。
1.超声换能器
换能器的作用是将高频电振荡信号转换成机械振动。目 前，根据其转换原理的不同，有磁致伸缩式和电压式两种。
2022/3/23
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第四节超声波加工人耳能感受到的声波频率在16—16000Hz范围内。
当声波频率超过16000Hz时，就是超声波。
前两节所介绍的电火花加工和电解加工，一般只能加工导电材料，而利用超声波振动，则不但能加工像淬火钢、硬质合金等硬脆的导电材料，而且更适合加工像玻璃、陶瓷、宝石和金刚石等硬脆非金属材料。
1．超声波加工原理超声波加工是利用工具端面的超声频振动，或借助于磨料悬浮液加工硬脆材料的一种工艺方法。
超声波发生器产生的超声频电振荡，通过换能器转变为超声频的机械振动。
变幅杆将振幅放大到0.01一0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动。
在加工过程中，有“超声空化”现象产生。
因此，超声波加工过程是磨粒在工具端面的超声振动下，以机械锤击和研抛为主，以超声空化为辅的综合作用过程.2．超声波加工的特点(1)超声波加工适宜加工各种硬脆材料，尤其是利用电火花和电解难以加工的不导电材料和半导体材料，如玻璃、陶瓷、玛瑙、宝石、金刚石以及锗和硅等。
对于韧性好的材料，由于它对冲击有缓冲作用而难以加工，因此可用作工具材料，如45钢常被选作工具材料。
(2)由于超声波加工中的宏观机械力小，因此能获得良好的加工精度和表面粗糙度。
尺寸精度可达0.02～0.01mm；表面粗糙度R a值可达0.8一0.1μm。
(3)采用的工具材料较软，易制成复杂形状，工具和工件无需作复杂的相对运动，因此普通的超声波加工设备结构较简单。
但若需要加工复杂精密的三维结构，可以预见，仍需设计与制造三坐标数控超声波加工机床。
二、超声波加工的基本工艺规律1．加工速度及其影响因素加工速度指单位时间内去除材料的多少，通常以g／min或mm3／min为单位表示。
影响加工速度的主要因素有：(1)进给压力的影响超声波加工时，工具对工件应有一个适当的进给压力。
工具端面与工件加工表面间的间隙随进给压力的大小而改变。
压力减小，间隙增大，从而减弱磨料对工件的锤击力；压力增大，间隙减小，当间隙减小到一定程度，则会降低磨料和工作液的循环更新速度，从而降低加工速度。
(2)工具振幅和频率的影响超声波加工中，设备的振幅和频率都在一定范围内可调。
振幅一般为0.01一0.1mm，频率一般为16000～25000Hz。
这样，针对不同的工具，在实际加工中可调至共振频率，以获得最大振幅，从而达到较高的加工速度。
(3)磨料种类和粒度的影响超声波加工时，针对不同硬度的工件材料，应选用不同的磨料。
例如，加工宝石和金刚石等超硬材料，必须选用金刚石；加工淬火钢、硬质合金，应选用碳化硼；加工玻璃、石英和锗、硅等半导体材料，选用氧化铝磨料即可。
一般来说，磨料的硬度愈高，粒度愈粗，加工速度就愈快。
但在选择时，还要综合考虑加工精度、表面粗糙度和经济成本等多方面的因素。
(4)被加工材料的影响由于超声波加工的基本特征是靠超声频的振动去除材料，因此材料愈硬脆，则愈易去除；材料的韧性愈好，则愈难去除。
假定玻璃的可加工性为l，则锗、硅等半导体材料为2—2.5，石英为0.5，硬质合金为0.02一0.03，淬火钢为0.01，未淬火钢则低于0.01。
可见在硬脆材料中，淬火钢在超声波加工中属难加工材料。
此外，还要考虑磨料悬浮液的浓度的影响。
2．加工精度及其影响因素超声波加工的精度，除了考虑机床和夹具的精度外，主要应考虑磨料的粒度、工具的材料以及机床的加工方式等因素。
(1)磨料粒度的影响当采用磨料悬浮液加工时，在工具尺寸确定后，加工出孔的最小直径约等于工具直径加磨粒平均直径的2倍。
采用240＃～280＃磨粒时，孔的尺寸精度可达土0.05mm，采用w28一w7微粉加工时，孔的尺寸精度可达士0.02mm。
(2)机床加工方式和加工工具的影响当采用旋转的聚晶金刚石工具在水中直接加工硬脆材料，而不依靠磨料悬浮液作中介物时，由于金刚石材料的锋利和耐磨，可以使加工精度大为提高。
当加工玻璃和钇铝石榴石时，孔的尺寸精度可达到0.01mm。
此外，工具的横向振动和磨损都会影响孔的尺寸精度和形状精度。
3．表面质量及其影响因素超声波加工具有良好的表面质量，既不会产生表面变质层，也不会产生表面烧伤。
超声波加工的表面粗糙度主要受磨粒尺寸、超声振幅大小和工件材料硬度的影响。
一般表面粗糙度R a值可达0.8～0.1μm。
磨粒尺寸愈小，超声振幅愈小，工件材料愈硬，生产率随着降低，表面粗糙度会得到明显改善。
因为在超声波加工中，表面粗糙度月。
值的大小主要取决于每颗磨粒每次锤击工件材料所留下凹痕的大小与深浅。
当磨粒的大小、工具的振幅和频率选用合适时，可利用超声波进行抛光。
三、超声波加工的应用范围1. 型孔和型腔加工目前超声波加工主要用于加工硬脆材料的圆孔、异形孔和各种型腔，以及进行套料、雕刻和研抛等。
2．切割加工锗、硅等半导体材料又硬又脆，用机械切割非常困难，采用超声波切割则十分有效。
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入，即使是小孔和窄缝中的污物也容易被清洗干净。
目前，超声波清洗不但用于机械零件或电子器件的清洗，也用于医疗器皿如生理盐水瓶、葡萄糖水瓶的清洗。
利用超声振动去污原理，国外已生产出超声波洗衣机。
4．超声波焊接焊接一般离不开热。
超声波焊接就是利用超声频的振动作用，去除工件表层的氧化膜，使工件露出新的本体表面。
此时被焊工件表层的分子在高速振动撞击下，摩擦生热并亲和焊接在一起。
它不仅可以焊接表面易生成氧化物的铝制品及尼龙、塑料等高分子制品，而且它还可以使陶瓷等非金属材料在超声振动作用下挂上锡或银，从而改善这些材料的可焊接性。
超声波的应用范围十分广泛，利用其定向发射、反射等特性，可用于测距和无损检测，超声振动制作医疗超声手术刀。
第五节激光加工激光加工是60年代发展起来的一种新兴技术。
它是利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，依靠光热效应来加工各种材料。
由于它利用高能光束进行加工，加工速度快，变形小，可以加工各种金属和非金属材料，广泛用于打孔、切割、焊接、表面热处理以及信息存储等许多领域。
1．激光加工原理激光是一种经受激辐射产生的加强光。
它的光强度高，方向性、相干性和单色性好，通过光学系统可将激光束聚焦成直径为几十微米到几微米的极小光斑，从而获得极高的能量密度(108～l010W／cm2)。
当激光照射到工件表面，光能被工件吸收并迅速转化为热能，光斑区域的温度可达1万度以上，使材料熔化甚至汽化。
随着激光能量的不断吸收，材料凹坑内的金属蒸汽迅速膨胀，压力突然增大，熔融物爆炸式地高速喷射出来，在工件内部形成方向性很强的冲击波。
因此，激光加工是工件在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。
2．激光加工的特点(1)激光加工属高能束流加工，其功率密度可高达l08～1010W／cm2，几乎可以加工任何金属与非金属材料。
(2)激光加工无明显机械力，也不存在工具损耗问题。
加工速度快，热影响区小，易实现加工过程自动化。
(3)激光可通过玻璃等透明材料进行加工，如对真空管内部进行焊接等。
(4)激光可以通过聚焦，形成微米级的光斑，输出功率的大小又可以调节，因此可用于精密微细加工。
(5)可以达到0.01mm的平均加工精度和0.001mm的最高加工精度；表面粗糙度R a 值可达0.4～0.1μm。
二、激光加工的应用范围1．激光表面热处理当激光的功率密度约为103～105W／cm2，便可实现对铸铁、中碳钢、甚至低碳钢等材料进行激光表面淬火。
激光淬火层的深度一般为0.7～1.1mm。
淬火层的硬度比常规淬火约高20％，产生的变形小，能解决低碳钢的表面淬火强化问题。
2．激光焊接当激光的功率密度为105一107W／cm2，照射时间约为1／100秒左右，即可进行激光焊接。
激光焊接一般无需焊料和焊剂，只需将工件的加工区域“热熔”在一起就可以。
激光焊接过程迅速，热影响区小，焊缝质量高，既可以焊接同种材料，也可以焊接异种材料，还可以透过玻璃进行焊接。
3．激光切割激光切割所需的功率密度约为l05～107W／cm2。
它既可以切割金属材料，也可以切割非金属材料。
它还能透过玻璃切割真空管内的灯丝，这是任何机械加工所难以达到的。
固体激光器(YAG)输出的脉冲式激光成功地用于半导体硅片的切割，化学纤维喷丝头异型孔的加工等。
大功率的CO2气体激光器输出的连续激光不但广泛用于切割钢板、钛板、石英和陶瓷，而且用于切割塑料、木材、纸张和布匹等。
4．激光打孔激光打孔的功率密度一般为107一108W／cm2。
它主要应用于在特殊零件或特殊材料上加工孔。
如火箭发动机和柴油机的喷油嘴、化学纤维的喷丝板、钟表上的宝石轴承和聚晶金刚石拉丝模等零件上的微细孔加工。
激光打孔的效率很高，如直径为0.12～0.18mm，深为0.6～1.2mm的宝石轴承孔，若工件自动传送，每分钟可加工数十件。
在聚晶金刚石拉丝模坯料的中央加工直径为o．04mm的小孔，仅需十几秒钟。
第五节电子束和离子束加工电子束加工原理电子束加工在真空中进行。
由电子枪射出的高速电子束经电磁透镜聚焦后轰击工件表面，在轰击处形成局部高温，使材料瞬时熔化和汽化，从而达到去除材料的目的。
图中的电磁透镜实际上是一个通以直流电的多匝线圈，利用其产生的磁场力作用使电子束聚焦。
偏转器也是一个多匝线圈，通以不同的交变电流可产生不同的磁场，用以控制电子束的方向。
如果使偏转电流按一定程序变化，电子束便可按预定的轨迹进行加工。
电子的质量非常轻，它主要是靠高速运动的电子撞击材料产生的热效应来加工工件的。
电子束加工的特点⏹1)电子束可实现极其微细的聚焦(可达0.1μm)，可实现亚微米和毫微米级的精密微细加工。
⏹2)电子束加工主要靠瞬时热效应，工件不受机械力作用，因而不产生宏观应力和变形。
⏹3)加工材料的范围广，对高强度、高硬度、高韧性的材料以及导体、半导体和非导体材料均可加工。
⏹4)电子束的能量密度高，如果配合自动控制加工过程，加工效率非常高。
每秒钟可在0.1mm 厚的钢板上加工出3000个直径为0.2mm的孔。
⏹5)电子束加工在真空中进行，污染少，加工表面不易氧化，尤其适合加工易氧化的金属及其合金材料。
电子束加工的应用范围电子束加工可用于打孔、切割、焊接、蚀刻和光刻等。
⏹(1)高速打孔电子束打孔的孔径范围为0.02～0.003mm。
喷气发动机上的冷却孔和机翼吸附屏的孔，孔径微小，孔数巨大，达数百万个，最适宜用电子束打孔。
此外，还可以利用电子束在人造革、塑料上高速打孔，以增强其透气性。
⏹(2)加工型孔为了使人造纤维的透气性好，更具松软和富有弹性，人造纤维的喷丝头型孔往往设计成各种异型截面。
这些异形截面最适合采用电子束加工。