第七章、超声加工ppt课件.ppt

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1、第七章超声加工《精密与特种加工》Precisionandnon-traditionalmachining17.1超声波及其特性7.2超声波加工的原理及特点7.3超声波加工设备7.4超声波加工的工艺规律7.5超声波加工的应用主要内容21、声波类型7.1超声波及其特性振动在弹性介质内的传播称为波动,简称波。波动的物理实质是能量的传递过程。可闻声波：频率在16~160000Hz之间的声波。次声波：频率低于16Hz的声波。超声波：频率高于16000Hz的声波。特超声波：频率高于1010Hz的声波。7.1超声波及其特性

2、3声波的频率界限图7.1超声波及其特性声波超声波次声波特超声波42、超声波的基本特性（1）超声波与声波一样，在气体、液体和固体等不同弹性介质中传播时，其传播速度不同。（2）超声波能传递很强的能量，它对其传播方向上的障碍物施加压力（声压）。超声波是一种纵波，其振动能量的强弱可用能量密度来衡量,其能量密度可达100W/cm2以上。（3）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化作用，强化加工过程的进行。（4）超声波会产生反射、干涉和共振现象，出现波的叠加作用，从而获得更大的加工能量。7.1超声波及其

3、特性57.2超声波加工的原理与特点1、超声波加工的基本原理超声波加工是利用超声波作动力，推动磨料以极高的速度冲击工件表面，工件材料在磨料打击下被破坏、脱落。7.2超声波加工的原理与特点6超声发生器将交流电转变为超声电振荡；换能器将电振荡转变为机械振动；变幅杆将振幅放大至0.05～0.1mm，驱动工具作超声振动。工具推动磨料高速撞击、抛磨工件，击碎工件表面材料，并使之去除；工作液产生的液压冲击波和空化作用加快了表面材料的裂纹扩展和破坏。超声波加工是机械撞击、抛磨、空化作用的综合结果。其中撞击起主要作用。超声波空

4、化作用：指存在于液体中的微小气泡，在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。空化作用一般包括3个阶段：空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。7.2超声波加工的原理与特点72、超声波加工的特点（1）适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。（2）工具可用较软的材料做较复杂的形状。（3）工具与工件相对运动简单，使机床结构简单。（4）切削力小、切削热少，不会引起变形及烧伤，加工精度与表面质量也较好。（5）超声波加工的面积较小，工具头磨损较大，因此，生产

5、率低。7.2超声波加工的原理与特点87.3超声波加工设备超声波加工设备又称超声波加工装置，尽管不同功率大小、不同公司生产的超声波加工设备在结构形式上各不相同，但其组成部分基本相同。超声波加工装置一般都由超声发生器、超声振动系统（声学部件）、机床本体和磨料工作液循环系统等部分组成。7.3超声波加工设备9超声波加工装置7.3超声波加工设备1-冷却器2-磨料悬浮液抽出3-工具4-工件5-磨料悬浮液送入6-变幅杆7-换能器8-超声波发生器101、超声发生器作用：将工频交流电转变为具有一定功率输出的超声频电振荡。要求：

6、输出的功率和频率在一定范围内连续可调。图7-3超声发生器的组成方图7.3超声波加工设备112、声学部件作用：将超声波发生器输出的高频率电能转变为机械振动能，并通过变幅杆使工具端面作高频率、小振幅振动以进行超声加工。组成：换能器、变幅杆和工具。（1）换能器作用：将超声频电振荡信号转换为超声频机械振动。分类：压电式换能器（利用压电效应制成）磁致伸缩式换能器（利用磁致伸缩效应制成）7.3超声波加工设备12压电效应石英晶体、钛酸钡（BaTiO3）陶瓷、锆钛酸铅（ZrPbTiO3）压电陶瓷等物质受外力变形时，在界面上产

7、生电势；或者相反的情况。7.3超声波加工设备13磁致伸缩效应铁、钴、镍及其合金的长度能随其所处的磁场强度的变化而伸缩的现象。较压电式换能器有较高的机械强度和输出功率。7.3超声波加工设备14（2）变幅杆作用：将换能器获得的超声振动振幅加以扩大，以达到加工所需的振幅。分类：锥形--扩大比较小（5-10倍），易制造。指数形--扩大比中等（10~20倍），难制造。阶梯形--扩大比大（20倍以上），易制造。7.3超声波加工设备15扩大振幅的原因通过变幅杆任一截面的振动能量不变（传播损耗不记）;截面越小，能量密度越大，

8、振动振幅也就越大;能量密度与振幅的平方成正比。7.3超声波加工设备16（3）工具作用：推动磨料和悬浮液冲击工件表面，加工出形状和尺寸。形状和尺寸：取决于被加工表面的形状和尺寸，它们相差一个“加工间隙”。材料：45钢、碳素工具钢－－一般硬脆材料；硬质合金、淬火钢－－加工精度高；金刚石镀覆－－特殊要求。7.3超声波加工设备173、机床1－工作台；2－工具；3－变幅杆；4－换能器；5－标尺；6－导轨；7－