现代加工技术第2章超声波加工

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1、2.超声波加工2.1.超声波加工的基本原理和特点1超声波及其特性i通常是指频率高于16kHz以上的所有频率；超声波是指频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波。Iii上限频率取决于发生器，实际使用的上限频率是5000MHz的范围以内；iii可以在气体、液体和固体介质中传播；iv由于其频率高、波长短、能量大，所以传播时的反射、折射、共振及损耗等现象更显著；looloocq@yahoo.com.cn2第2章超声波加工2.1.超声波加工的基本原理和特点1超声波及其特性i超声波能传递很强的能量超声波的主要性质：II超声波的作用主要是对其传播方向的物体施加压力；通常用声压的大小来表示超

2、声波的强度，传播的波动能量越强，则压力越大；能量密度可达100W/cm2以上，在液体和固体中的超声波强度、功率和能量密度要比空气中的高千万倍；looloocq@yahoo.com.cn3第2章超声波加工2.1.超声波加工的基本原理和特点1超声波及其特性ii超声波的空化作用超声波的主要性质：II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，产生正、负交变的压力变化，液体中的气体在此脉冲压力作用下，会破开而发生冲击波，局部产生极大的冲击力、瞬时高温、物质的分散、破碎及各种物理化学现象。looloocq@yahoo.com.cn4第2章超声波加工2.1.超声波加工

3、的基本原理和特点1超声波及其特性iii超声波的反射、折射超声波的主要性质：II超声波通过不同介质时，发生反射和折射现象；能量反射的大小取决于两种介质的波阻抗；垂直入射时，水中的超声波几乎不向空气中传播；looloocq@yahoo.com.cn5第2章超声波加工2.1.超声波加工的基本原理和特点1超声波及其特性iv超声波的衍射超声波的主要性质：II设换能器是一小圆片，可以把其表面上的每一个点看成一个振源，辐射出一个半球面子波，子波没有指向性；离开换能器的空间的一点的声压是无数个子波的叠加，无指向性；当圆片的半径比波长长时，圆盘中心的法向方向的声强极大，有尖锐的指向性；lo

4、oloocq@yahoo.com.cn6第2章超声波加工2.1.超声波加工的基本原理和特点1超声波及其特性v超声波的干涉和共振超声波的主要性质：II超声波在一定的条件下，会产生波的干涉和共振现象；当超声波从弹性杆一端传向另一端时，在杆的端部发生波的反射；杆中各质点的是两种波的叠加；为了使弹性杆大振幅共振状态，应将弹性杆设计成半波长的整数倍，固定弹性杆的支撑点选择在波节处；looloocq@yahoo.com.cn7第2章超声波加工2.1.超声波加工的基本原理和特点2超声加工的基本原理超声波加工是利用工具端面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。越硬的材料，

5、受到的破坏越大。工具端的超声振动迫使悬浮液中的磨粒冲击被加工表面，同时，冲击波和空化作用加剧了材料的破坏；looloocq@yahoo.com.cn8第2章超声波加工2.1.超声波加工的基本原理和特点3超声加工的特点适合于加工各种脆硬材料，特别是不导电的非金属材料；I工具可用较软材料制造成复杂形状，因此工具与工件之间可以不做复杂的相对运动，因此，设备结构简单；II工件表面的切削力、切削热很小，不会引起变形和烧伤，表面粗糙度较低；IIIlooloocq@yahoo.com.cn9第2章超声波加工2.2.超声波加工设备超声波加工机床超声发生器（超声电源）超声振动系统机床本体工

6、作液及循环系统和换能器冷却系统超声换能器变幅杆工具工作头加压机构及工作进给机构工作台及其位置调整机构磨料悬浮液循环系统换能器冷却系统looloocq@yahoo.com.cn10第2章超声波加工2.2.超声波加工设备1超声发生器将工频交流电转变为有一定功率输出的超声频振荡，以提供工具端面往复振动的机械能。i可靠性好、效率高、结构简单成本低；作用：I基本要求：IIii功率和频率在一定范围内连续可；iii共振频率自动跟踪和自动微调功能；种类：电子管式、晶闸管式、晶体管式；III组成：振荡级、电压放大级、功率放大级及电源；IIlooloocq@yahoo.com.cn11第2章

7、超声波加工2.2.超声波加工设备2声学部件将超声发生器的高频电能转化为机械能，使工具端面作高频小幅振动进行加工。i换能器：将高频电振荡转变为机械振动；作用：I组成：II压电效应超声换能器：利用压电效应的可逆性；磁致伸缩效应换能器：铁、钴、镍及其合金的长度能随着所处的磁场强度的变化而伸缩；looloocq@yahoo.com.cn12第2章超声波加工2.2.超声波加工设备2声学部件ii变幅杆：通过一个变截面的杆将振幅扩大；组成：II变幅杆可以制成单一形状的（如指数形、圆锥形、阶梯形），也可以是复合形状（圆柱形复合、高斯形变幅杆、