第九章 超声波和超高压水射流加工ppt课件.ppt

《第九章 超声波和超高压水射流加工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9章超声波和超高压水射流加工教学提示：本章介绍了超声波加工和超高压水射流加工的基本原理、引入了其加工的特点和加工设备，介绍了其在生产中常见的用途。教学要求：本章要求学生了解超声波加工和超高压水射流加工的基本原理，掌握其特点，掌握加工机床的组成及工作原理，掌握其工艺方法和工艺特点。2021/7/291超声波加工有时也称超声加工。超声波加工不仅能加工硬质合金、淬火钢等硬脆金属材料，而且更适合于不导电的非金属硬脆材料(如半导体硅片、锗片以及陶瓷、玻璃等)的精密加工和成形加工，超声波还可以用于清洗、探伤和焊接等工作，在农业、国防、医疗等方面的用途十分广泛。

2、超高压水射流加工又称液力加工、水喷射加工或液体喷射加工，是21世纪70年代发展起来的一门高新技术，它是利用高压、高速的细径液流作为工作介质，对工件表面进行喷射，依靠液流产生的冲击作用去除材料，实现对工件的切割。稍微降低水压或增大靶距和流量，还可以进行高压清洗、破碎、表面毛化、去毛刺及强化处理。超高压水射流与激光、离子束、电子束一样，同属于高能束加工的技术范畴。世界上第一台纯水高压水切割设备诞生于1974年，第一台磨料高压水切割设备诞生于1979年。自20世纪80年代未以来，我国依靠自己的力量自主开发成功了各类超高压水射流切割设备．并开展了大量的工艺试

3、验研究。该项技术是一种“绿色”加工方法，在国内外得到了广泛的应用，在机械、建筑、国防、轻工、纺织等领域，正发挥着日益重要的作用。2021/7/2929.1超声波加工9.1.1超声波加工的基本原理和特点9.1.1.1超声波及其特性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超过一般人耳听觉范围，就称为超声波。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。在不同介质中，超声波传播的速度c亦不同（例如），它与波长和频率之间的关

4、系可用下式表示（9-1）超声波主要具有下列性质：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。振动能量的强弱，用能量密度来衡量。能量密度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／cm22021/7/293（9-2）式中——弹性介质的密度（kg/m3）；——弹性介质中的波速（m/s）；——振动的振幅（mm）；——圆频率，。由于超声波的频率很高，其能量密度可达100以上。在液体或固体中传播超声波时，由于介

5、质密度和振动频率都比空气中传播声速时高许多倍，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)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，决定于两种

6、介质的波阻抗(密度与波速的乘积称为波阻抗)，介质的波阻抗相差愈大，超声波通过界面时能量的反射率愈高。当超声波从液体或固体传入到空气或者相反从空气传入液体或固体的情况下，反射率都接近100％，此外空气有可压缩性，更碍阻了超声波的传播。为了改善随声波在相邻介质中的传递条件，往往在声学部件的各连接面间加入机油、凡士林作为传递介质以消除空气及因它引起的衰减。2021/7/2944)超声波在一定条件下，会产生波的干涉和共振现象，图9.1为超声波在弹性杆中传波时各质点振动的情况。当超声波从杆的一端向另一端传播时，在杆的端部将发生波的反射。所以在有限的弹性体中，实

7、际存在着同周期、同振幅、传播方向相反的两个波，这两个完全相同的波从相反的方向会合，就会产生波的干涉。当杆长符合某一规律时，杆上有些点在波动过程中位置始终不变，其振幅为零(为波节)，而另一些点振幅最大，其振幅为原振幅的两倍(为波腹)。图9.1中表示弹性杆中任意一点相距超声波入射端的距离，则入射波造成点偏离平衡位置的位移为，反射波造成点偏离平衡位置的位移为，则有图9.1弹性杆内各质点振动情况2021/7/295而两个波所造成点的合成位移（9-3）式中——点距离入射端的距离；——振动的波长；——振动的周期；——振动的振幅；——振动的某一时刻。由上式可知当时

8、，最大，点为波腹（9-4）时，为0，点为波节（9-5）式中为正整数，为了使弹性杆处于最大振幅共振状态，应将弹