超声波加工技术

超声波加工技术

一.简介

我们这组这次讲的是超声波加工技术.超声波加工利用超声振动的工具，带动工件和工具间的磨料悬浮液，冲击和抛磨工件的被加工部位，使其局部材料被蚀除而成粉末，以进行穿孔、切割和研磨等，以及利用超声波振动使工件相互结合的加工方法。超声加工技术是特种加工技术之一，往往能应用于传统加工难以完成的难加工材料上。超声去除加工、超声表面光整加工、超声焊接加工、超声处理等超声加工技术。

二．超声波及其特点

1.声波类型

振动在弹性介质内的传播称为波动, 简称波。波动的物理实质是能量的传递过程。

可闻声波：频率在16~160000 Hz之间的声波。

次声波：频率低于16 Hz的声波。

超声波：频率高于16000 Hz的声波。

特超声波：频率高于1010 Hz的声波。

2、超声波的基本特性

（1）超声波与声波一样，在气体、液体和固体等不同弹性介质中传播时，其传播速度不同。

（2）超声波能传递很强的能量，它对其传播方向上的障碍物施加压力（声压）。超声波是一种纵波，其振动能量的强弱可用能量密度来衡量, 其能量密度可达100W/cm2 以上。（3）超声波在液体介质中传播时，可在界面上

产生强烈的冲击和空化作用，强化加工过程的进

行。

（4）超声波会产生反射、干涉和共振现象，出

现波的叠加作用，从而获得更大的加工能量。

三．超声波加工的原理与特点

1、超声波加工的基本原理

超声波加工是利用超声波作动力，推动磨料

以极高的速度冲击工件表面，工件材料在磨料打击下被破坏、脱落。

A.超声发生器将交流电转变为超声电振荡；

B.换能器将电振荡转变为机械振动；

C.变幅杆将振幅放大至0.05～0.1mm，驱动工具作超声振动。

D.工具推动磨料高速撞击、抛磨工件，击碎工件表面材料，并使之去除；

E.工作液产生的液压冲击波和空化作用加快了表面材料的裂纹扩展和破坏。

F.超声波加工是机械撞击、抛磨、空化作用的综合结果。

其中撞击起主要作用。

2、超声波加工的特点

（1）适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，

例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。

（2）工具可用较软的材料做较复杂的形状。

（3）工具与工件相对运动简单，使机床结构简单。

（4）切削力小、切削热少，不会引起变形及烧伤，加工精

度与表面质量也较好。

四．超声波加工设备

超声波加工设备又称超声波加工装置，尽管不同功率

大小、不同公司生产的超声波加工设备在结构形式上各不相

同，但其组成部分基本相同。

超声波加工装置一般都由超声发生器、超声振动系统

（声学部件）、机床本体和磨料工作液循环系统等部分组成。

超声波加工装置 1234

56781—冷却器；2—磨料悬浮液抽出；3—工具；4—工件；5—磨料悬浮液送出；6—变幅杆；

7—换能器；8—高频发生器1-冷却器 2-磨料悬浮液抽出 3-工具 4-工件 5-磨料悬浮液送入 6-变幅杆 7-换能器 8-超声波发生器

1、超声发生器

作用：将工频交流电转变为具有一定功率输出的超声频电振荡。

2、声学部件（换能器、变幅杆和工具。）

作用：将超声波发生器输出的高频率电能转变为机械振动能，并通过变幅杆使工具端面作高频率、小振幅振动以进行超声加工。

五．超声波技术加工应用

A.超声波加工的生产率虽然比电火花加工和电解加工低，但其加工精度和表面质量都优于它们。

B.更重要的是可以加工它们难以加工的半导体和非金属的硬脆材料，如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。

C.对于电火花加工后的一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模等，最后还经常用超声波抛磨、光整加工，使表面粗糙度进一步降低。

1、型（腔）孔加工

超声波目前主要应用在脆硬材料的圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等的加工。

2、切割加工

对于难以用普通加工方法切割的脆硬材料如陶瓷、石英、硅、宝石等用超声波加工具有切片薄、切口窄、精度高、生产率高、经济性好等优点。

3、超声波清洗

原理：基于清洗液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。

应用：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，特别是工件上的深小孔、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。

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、医疗器械等的清洗中应用。

4、超声波焊接

原理：利用超声振动作用去除工件表面的氧化膜，使工件露出本体表面，使两个被焊工件表面在高速振动撞击下摩擦发热并亲和粘在一起。

应用：用于焊接尼龙、塑料及表面易生成氧化膜的铝制品，还可以在陶瓷等非金属表面挂锡、挂银，从而改善这些材料的可焊性；焊接一般很难焊接的稀有金属，如钛、钼等。

5、复合加工

采用超声波加工硬质合金、耐热合金等硬质金属材料时加工速度低，工具损耗大，为了提高加工速度和降低工具损耗，采用超声波、电解加工或电火花加工相结合来加工喷油嘴、喷丝板上的孔或窄缝，这样可大大提高生产率和质量。

6、无损检测

利用超声波定向发射、反射、穿透大多数材料特性，在测距、控制、监测及材料测量方面进行无损检测。

7、超声波在生活中的应用

超声波除尘、超声波促进植物生长、超声波侦察海底、超声波诊断疾病等。

总之，超声波加工技术的前景是可观的，无量的。