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1、超声加工技术在模具设计与制造中的应用班级：材料成型（2）班学号：070708222姓名：孙勇微细孔、阵列孔 及微细三维型腔的超声加工内容提要：一.超声加工概念.二.超声加工的应用及实例.三.微细加工技术及微细超声加工技术的概念.四.微细超声加工的应用实例.五.小结一.超声加工的概念超声加工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，或给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。二.超声加工的应用㈠.超声清洗㈡.切割加工㈢.型孔、
2、型腔的加工㈣.复合加工①超声电解复合抛光②超声电火花复合抛光③超声电火花复合打孔④超声电火花线切割复合加工—应用实例一硬质合金下料凹模为例，说明超声波抛光的工序：（1）电火花成形加工预制型孔电火花成形加工预制型孔时，留约1mm的超声波抛光余量。（2）超声波粗抛工艺条件：磨料力度180~240目；抛光直径比工件孔径最终尺寸小0.5mm如图a由于超声波抛光的孔有扩大量及锥度因此在入口端面留0.15mm抛光余量，出口端面需留0.21mm抛光余量如图b所示（3）超声波精抛工艺条件：磨料力度W20~W10；抛光工具直径比工件孔径最终尺寸小0.08mm
3、,如图C所示由于超声波抛光后的孔有扩大量及锥度，因此当入口端已达到工件最终尺寸时，在出口端仍留0.025mm的抛光余量，如图d所示（4）超声波研磨修整采用超声波研磨修整型孔将原来的40’锥度修正为8’如图b三.微细加工技术及微细超声加工的概念（一）微细加工技术所谓微细加工技术就是指能够制造微小尺寸零件的加工技术的总称。广义的讲，微细加工技术包含了各种传统精密加工方法和与其截然不同的新方法，如微细切削加工、磨料加工、微细电火花加工、电解加工、化学加工、超声波加工、等离子体加工、外延生长、激光加工、电子束加工、离子束加工、光刻加工、电铸加工等。
4、狭义的讲，微细加工技术目前一般主要是指半导体集成电路的微细制造技术，因为微细加工技术是在半导体集成电路制造技术的基础上发展起来的。（二）微细超声加工技术微细超声加工在原理上与常规的超声加工相似。微细超声加工是通过减小工具直径、磨料粒度和超声振幅来实现的。目前有两种微细超声加工模式已被用于加工微结构和微型零件:成形加工和分层扫描加工。成形超声加工工艺被用于在脆硬材料上加工孔,如圆形或成形孔、盲孔或通孔。分层扫描加工工艺采用两种方法:一种是利用复杂形状的工具,将其形状通过超声加工拷贝到工件上。另一种是利用简单形状的工具配以机床的多轴联动,加工出
5、三维形状。（三）微细超声加工实验装置微细超声加工系统主要由超声波发生器、压电陶瓷换能器、加工力状态检测系统及磨料悬浮液补给系统组成。四.微细超声微孔加工实例图1为实际加工出的微细圆孔和加工后的圆柱状工具,加工出的孔径18微米,孔深41微米.图2为采用方形截面工具实际加工出的微细方孔和加工后的方形截面工具,方孔边长约为28微米,孔深65微米。图1微细圆孔及加工后的工具图2微细方孔及加工后的工具图3阵列圆孔及加工后的阵列工具图4阵列方孔及加工后的阵列工具四.微细超声三维型腔加工实例超声加工三维型腔的传统方法是通过制作与加工型腔形状相反的工具进行
6、仿形加工完成。而在微细加工中,由于三维形状的微细工具不易制作、工具损耗严重导致成形精度差等原因,这种方式难以实际应用。根据均匀损耗法,将三维微细型腔的加工采用简单工具进行分层铣削加工,并根据预先实验得到的工具损耗率对工具损耗逐层进行补偿。该型腔由一个锥度为30微米,深度80微米的倒圆台型腔与一个长、短边拔模角分别为5微米和20微米,深度60微米的长方体型腔组合而成。圆台上表面直径为300微米,长方形体上表面长、宽尺寸为360微米150微米。将型腔分为80层逐层扫描加工,刀具轨迹以0度和90度切削角交替进行,并按预先实验所测得的损耗率对每一层
7、的工具损耗进行了补偿。在硅表面加工实现的三维型腔设计模型加工后的实际型腔及所用简单工具如图所示。加工中工具总共进给259.9微米,测得加工后工具损耗183微米,故实际型腔深度为76.9微米,实际型腔的圆台上表面直径为307.6微米,长方体上表面尺寸为367.5微米162.6微米。由图可见,加工后的工具端部已恢复为平面形状。五.小结超声加工是一种很有前景的实现微细加工的方法,它能加工出更高深宽比的三维结构。不仅能加工导电材料,也能加工绝缘材料,且加工中很少产生热量,更有利于微细结构的高精度加工。然而目前关于微细超声加工的理论研究仍旧不足,无论
8、是在成形加工还是在分层扫描方式下,关于材料去除率、工具损耗、表面损伤控制、精度和表面质量预测与控制等方面的理论还没有建立起来,有待于相关研究人员的进一步努力。谢谢大家！
