特种加工 超声加工小论文

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目录1前言22超声波及其特性22.1超声波的定义22.2超声波的特性23超声加工33.1超声加工的基本原理33.2超声加工的特点43.3超声加工设备44超声加工的应用54.1型孔、型腔加工54.2切割加工54.3复合加工54.4超声清洗64.4.1超声清洗的原理64.4.2超声清洗的特点65结论7参考文献77 超声加工作者：指导教师：摘要：传统的机械加工已有很久的历史，它对人类生产和物质文明起到了极大的作用。随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术向着高精度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展。因此，特种加工作为一个时代强音等上舞台，它就具备了上述特点。本文就对特种加工里的超声加工进行了系统性的介绍，展现了超声加工的强大优势和发展潜力。关键词：超声波超声加工超声加工的应用1前言超声加工（UltrasonicMachining,USM）有时候也称超声波加工，是特种加工的一种。有些特种加工，像电火花加工和电化学加工都只能加工金属导电材料，不易加工不导电的非金属材料。然而超声加工不仅能加工硬质合金、淬火刚等硬脆金属材料，而且更适合于加工玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等不导电的非金属脆硬材料，同时还可以用于清洗、焊接和探伤等。2超声波及其特性2.1超声波的定义声波是人耳能感受的一种纵波，它的频率在16～16000Hz范围内。当频率超过16000Hz超出一般人耳听觉范围，就称为超声波。2.2超声波的特性超声波和声波一样，可以在气体、液体和固体介质中纵向传播，它主要具有下列特性：7 （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）。因此，有时可用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。（2）当超声波经过液体介质传播时，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。（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，决定于这两种极致的波阻抗。（4）超声波在一定条件下，会产生波的干涉和共振现象。3超声加工超声加工是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。3.1超声加工的基本原理超声加工是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种方法。原理如图3-1所示，在工具和工件之间加入液体（水或煤油等）和磨料混合悬浮液，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，驱动工具端面作超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断地撞击、抛磨被加工表面，把被加工图3-1表面的材料粉碎成很细的微粒，从工件上打击下来。7 虽然每次打击下来的材料很少，但由于每秒钟打击的次数多达16000次以上，所以仍有一定的加工速度。与此同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频、交变的液压正负冲击波和“空化”作用，促使工作液钻入被加工材料的细微裂缝处，加剧了机械破坏作用。既然超声加工是基于局部撞击作用，因此就不难理解，越是脆硬的材料，受撞击作用所受破坏就越大，越易超声加工。相反，脆性和硬度不大的韧性材料，由于它的缓冲作用而难以加工。3.2超声加工的特点基于它的工作原理，超声加工主要有一下特点：（1）不受材料是否导电的限制；（2）工具对工件的宏观作用力小、热影响小，表面粗糙度好，因而可加工薄壁、窄缝薄片工件；（3）被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或强度、韧性越大则越难加工；（4）由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料；（5）可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。3.3超声加工设备各种超声加工的设备虽然功率大小和结构形状有所不同，但其组成部分基本相同，一般包括超声发生器、超声振动系统、机床本体和磨料工作液循环系统。（1）超声发生器7 超声波发生器，通常称为超声波电箱、超声波发生源、超声波电源。它的作用是把我们的市电（220V或380V，50或60Hz）转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号。从放大电路形式，可以采用线性放大电路和开关电源电路，大功率超声波电源从转换效率方面考虑一般采用开关电源的电路形式。线性电源也有它特有的应用范围，它的优点是可以不严格要求电路匹配，允许工作频率连续快速变化。（1）声学部件声学部件的作用是把高频电能转变为机械能，使工具端面作高频率、小振幅振动以进行加工。它是超声波加工机床中很重要的部件，主要由换能器、变幅杆（振幅扩大棒）及工具组成。4超声加工的应用几十年来，超声加工技术的发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究和应用，尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。4.1型孔、型腔加工一般来说，孔加工工具的长度总是大于孔的直径，在切削力的作用下易产生变形，从而影响加工质量和加工效率。特别是对难加工材料的深孔钻削来说，会出现很多问题。例如，切削液很难进入切削区，造成切削温度高；刀刃磨损快，产生积屑瘤，使排屑困难，切削力增大等。其结果是加工效率、精度降低，表面粗糙度值增加，工具寿命短。采用超声加工则可有效解决上述问题。4.2切割加工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。超声波切割具有切口光滑、牢靠，切边准确，不会变形，不翘边、起毛、抽丝、皱折等优点。4.3复合加工7 将超声加工与其他加工工艺组合起来的加工模式，称为超声复合加工。超声复合加工，强化了原加工过程，使加工的速度明显提高，加工质量也得到不同程度的改善，实现了低耗高效的目标。它主要有超声电解复合加工、超声电火花复合加工、超声抛光及电解超声复合抛光，在长远的将来都有非常大的发展潜力。4.4超声清洗超声清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。目前所用的超声波清洗机中，空化作用和直进流作用应用得更多。4.4.1超声清洗的原理由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质---清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为50-500um的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压,破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中,当团体粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面是,油被乳化,固体粒子及脱离,从而达到清洗件净化的目的。在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成几百度的高温和超过1000个气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面清洗净化的目的。4.4.2超声清洗的特点（1）清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致；（2）清洗速度快，提高生产效率，不须人手接触清洗液，安全可靠；（3）对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净；（4）对工件表面无损伤，节省溶剂、热能、工作场地和人工等。7 5结论超声加工技术的发展及其取得的应用成果是可喜的。一方面，材料加工的客观需要推动和促进了超声加工技术的发展；另一方面，超声加工技术提供的强有力加工手段，又促进了新材料的发展。材料加工中的很多课题需要我们共同往探讨。展看未来，超声加工技术的发展远景是美好的。参考文献参考文献的著录格式如下：（顶格，连续编号，宋体，五号，单倍行距。请注意标点符号）连续出版刊物：[标引序号]作者.文题[J].刊名，年，卷（期）：起止页码.专著：[标引序号]作者.书名[M].出版地：出版者，出版年.起止页码.译著：[标引序号]作者.书名[M].译者.出版地：出版者，出版年.起止页码.论文集：[标引序号]作者.文题[A].编者.文集[C].出版地：出版者，出版年.起止页码.学位论文：[标引序号]作者.文题[D].所在城市：保存单位，年份.专利：[标引序号]申请者.专利名[P].国名及专利号，发布日期.技术标准：[标引序号]技术标准代号.技术标准名称[S].技术报告：[标引序号]作者.文题[R].报告代码及编号，地名：责任单位，年份.报纸文章：[标引序号]作者.文题[N].报纸名，出版日期（版次）.在线文献（电子公告）：[标引序号]作者.文题[EB/OL].http://...，日期.光盘文献（数据库）：[标引序号]作者.文题[DB/CD].出版地：出版者，出版年（注：作者不超过3人的全部写出，超过3人的只写前3名，后加“等”或“etal”；英、美、德、俄等国人名书写时，应姓前名后，名用缩写；中国人名不用缩写。）7