超声波加工ppt课件.ppt

《超声波加工ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章超声波加工超声波加工有时也称超声加工(UltrasonicMachining)。超声波加工不仅能加工硬质合金、淬火钢等脆硬金属材料，而且更适合于加工玻璃、陶瓷、半导体锗、硅片等不导电的非金属脆硬材料，同时还可以应用于清洗、焊接、探伤、测量、冶金等其他方面。第一节超声波加工的基本原理和特点一、超声波及其特性“超声波”这个名词术语，用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波，通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取决于发生器，实际用的最高频率的界限，是在5000MHz的范围以内。在不同介质中的波长范围非常广阔，例如在固体介质中传播时，频率为25kHz的

2、波长约为200mm；而频率为500MHz的波长约为0.008mm。超声波和声波一样，可以在气体、液体和固体介质中传播。由于超声波频率高、波长短、能量大，所以传播时反射、折射、共振及损耗等现象更显著。在不同的介质中，超声波传播的速度c亦不同;例如c空气=331m／s；c水~=1430m／s；c铁=5850m／s。速度c与波长λ和频率，f之间的关系可用下式表示：（2-1）超声波具有下列主要性质：(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的物体施加压力(声压)。因此，可用这个压力的大小表示超声波的强度，传播的波动能量越强，则压力越大。振动能量的强弱，用能量密度来衡量。能量密度

3、就是通过垂直于波的传播方向的单位面积上的能量，用符号J来表示，单位为W／cm2（2-2）式中ρ——弹性介质的密度(kg／m3)；c——弹性介质中的波速(m／s)；A——振动的振幅(mm)；ω——圆频率(rad／s)，ω=2πf。由于超声波的频率很高，其能量密度可达100W／m2以上。超声波在液体或固体中传播时，由于介质密度ρ和振动频率f比空气中传播声波时高许多倍，因此同一振幅时，液体、固体中的超声波强度、功率、能量密度要比空气中的声波高千万倍。(2)超声波的空化作用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。由于液体介质的不可压缩性

4、，由此产生正、负交变的压力变化。由于这一过程时间极短，液体中的气体在此脉冲压力作用下，会破开，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作用。图2-1为超声波作用于液体时产生的流动，图a是为便于观察，在液体中加入铝粉后拍摄的图片。(3)超声波的反射、透射、折射超声波通过不同介质时，在界面发生波速突变，产生波的反射、透射和折射现象。能量反射的大小，决定于两种介质的波阻抗(密度与波速的乘积ρc称为波阻抗)。二、超声波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，加工原理如图2-5所示。加工时，在工具头9和工件11

5、之间加入磨料悬浮液13，同时使工具以一定的力作用在工件上。超声换能器1产生16kHz以上超声波的纵向振动，并通过变幅杆4(连接换能器锥体6)把振幅放大到0.05-0.1mm。驱动工具端面作超声振动，迫使磨料悬浮液中的磨粒以很大的加速度和速度不断地锤击、冲击被加工表面，使工件材料被加工下来。与此同时，工作液受工具端面的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，加剧了机械破坏‘作用。超声加工是基于局部的撞击作用，因此就不难理解，愈是脆硬的材料，受到的破坏愈大。相反，脆性和硬度不大的韧性材料则难以加工。因此，可以选择合理工具材料，如用45钢就是一种比较理想的超声加工工具。

6、三、超声波加工的特点1)适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷(氧化铝、氮化硅等)、石英、锗、硅、石墨、玛瑙、宝石、金刚石等。对于导电的硬质金属材料，如淬火钢、硬质合金等，也能进行加工，但加工生产率较低。2)由于工具可用较软的材料，做成较复杂的形状，故不需要使工具和工件作比较复杂的相对运动，因此超声加工机床的结构比较简单，操作、维修方便。3)由于去除加工材料是靠极小磨料瞬时的局部撞击作用，故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形及烧伤，表面粗糙度也较低，可达Ra=1—0．1μm，加工精度可达0．01—0．02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、

7、低刚度零件。第二节超声波加工设备超声波加工设备又称超声加工装置，它们的功率大小和结构形状虽有所不同，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。其主要组成如下：一、超声波发生器超声波发生器的作用是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。其基本要求是：可靠性好、效率高、结构简单、成本低；其次是功率和频率在一定范围内连续可调，对共振频率有自动跟踪和自动微调功能。二、超声