特种加工（第6版）白基成（电子课件）教学课件6 超声加工.ppt

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1、特种加工—第6章超声加工韦东波迟关心机械制造及其自动化1第6章超声加工回顾：前面课程中学习过的电火花加工、电化学加工只能加工金属导电材料，不易加工不导电的非金属材料。超声加工应用：硬质合金、淬火钢、玻璃、陶瓷、半导体等脆硬材料；清洗、焊接和探伤等。简介：UltrasonicMachining(USM)，又称超声波加工，使加工工具超声频振动，带动磨料对零件产生撞击和抛磨作用来进行加工。26.1超声加工的原理和特点6.1.1超声波及其特性6.1.2超声加工的基本原理6.1.3超声加工的特点第6章超声加工6.1超声加工的原理和

2、特点36.1.1超声波及其特性声波：16~16000Hz，是一种纵波超声波：>16000Hz，与声波相同，可在气体、液体和固体中纵向传播。具有反射、折射、共振及损耗等现象。传播速度C：331m/s(空气)1430m/s(水)5850m/s(铁)速度c、波长λ、频率f——关系：可以看出超声波在不同材料中传播体现出不同的波长。第6章超声加工6.1超声加工的原理和特点4传播能力强超声波的作用：对其传播方向上的障碍物施加压力(声压)压力的大小代表波的强度——能量密度J能量密度：通过垂直于传播方向的单位面积上的能量：与介质

3、的密度ρ、波速c、圆频率ω和振幅A有关，由于ρ液体>>ρ气体，ρ固体>>ρ气体，可见液体、固体中传播的超声波强度、功率、能量密度要比空气中的声波高千万倍。超声波特性-1-传播能力强第6章超声加工6.1超声加工的原理和特点5超声波特性-2-巨大的液压冲击超声波在液体介质中传播，↓压迫(极高的频率)液体质点振动，↓在液体介质中连续地形成压缩和稀疏区域，↓产生巨大的液压冲击，↓引起零件表面的固体物质分散破碎等效应。第6章超声加工6.1超声加工的原理和特点6超声波特性-3-反射和折射超声波通过不同介质时，界面上发生波速突变，产生

4、波的反射和折射。液体或固体↓↑————反射率100%空气为改善相邻介质中的传递条件，声学部件的连接面间加入机油、凡士林，用以消除空气及其造成的衰减。界面折射反射入射第6章超声加工6.1超声加工的原理和特点7超声波会产生波的干涉(弹性杆的入射波和反射波汇合产生干涉)和共振现象。合成位移：当时，ar最大，共振，波腹；当时，ar最小，波节；设计指导原则：1）为了使弹性杆处于最大共振状态，必须将弹性杆设计成半波长的整数倍，2）支撑点必须选择在波节处，此处不振动。超声波特性-4-干涉和共振第6章超声加工6.1超声加工的原理

5、和特点86.1.2超声加工的基本原理超声加工是磨粒在超声振动的作用下的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的综合节果，其中磨粒的撞击作用是主要的。①工具1和工件2之间加入液体和磨料混合的悬浮液3。②工具以很小的力F轻轻压在工件上。③超声换能器616000Hz以上纵向振动；变幅杆4,5振幅放大到0.05~0.1mm；④工具1的端面超声振动；悬浮液3中磨粒撞击抛磨被加工面；⑤空化作用工具端面高加速度离开加工间隙负压、局部真空、许多微空腔；工具端面高加速度接近空泡闭合、极强的液压冲击波、强化加工、强化变钝磨粒的更新

6、。第6章超声加工6.1超声加工的原理和特点96.1.3超声加工的特点适合于各种硬脆材料的加工例如：玻璃、陶瓷、石英、半导体、玛瑙、宝石、金刚石。工具材料相对较软，机床较简单，只需一个方向轻压进给。45钢即可作为工具。宏观作用力小，切削力小，切削热也小，不会引起变形和烧伤，表面粗糙度好，Ra1~0.1µm，加工精度可达0.01~0.02mm因为加工是靠极小的磨粒瞬时局部的撞击作用。第6章超声加工6.1超声加工的原理和特点106.2超声加工的基本设备6.2.1超声发生器（超声电源）6.2.2超声振动系统（声学部件）换能器

7、、变幅杆（振幅扩大棒）、工具6.2.3超声加工机床机床本体工作液及循环系统和换能器冷却系统第6章超声加工6.2超声加工的基本设备116.2.1超声发生器作用：将工频交流电转变为有一定功率输出的超声频振荡，用以提供使工具端面往复振动和去除被加工材料的能量。基本要求：对振动频率自动跟踪和自动微调，简单、可靠、便宜、体积小。第6章超声加工6.2超声加工的基本设备126.2.2超声振动系统作用：把高频的电能转变为机械能，使工具端面作高频振动，以便进行加工。组成：换能器把高频的电能转变为机械能变幅杆将振动幅度放大工具带动磨料振

8、动第6章超声加工6.2超声加工的基本设备131压电效应换能器①压电效应物质两表面加电压机械变形石英晶体、钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅(ZrPbTiO3)等③换能器在振幅扩大棒上端；常两片叠在一起；自振频率<反比>厚薄、质量、夹紧力②晶片厚度晶体共振最大的超声波强度晶片厚度=半波长的整数倍第6章超