第七章 超声波加工ppt课件.ppt

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1、第七章超声波加工1超声波加工（USM，UltrasonicMachining）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，以及利用超声振动使工件相互结合的加工方法21、早期主要依靠工具作超声频振动，使悬浮液中的磨料获得冲击能量，从而去除工件材料达到加工目的2、但加工效率低，并随着加工深度的增加而显著降低3、随着新型加工设备及系统的发展和超声加工工艺的不断完善，采用从中空工具内部向外抽吸式向内压入磨料悬浮液的超声加工方式，大幅度地提高了生产率，扩大了超声加工孔的直径及孔深的范围4、近20多年来，国外采用烧结或镀金刚石的先

2、进工具，既作超声频振动，同时又绕本身轴线以1000—5000r/min的高速旋转的超声旋转加工，比一般超声波加工具有更高的生产效率和孔加工的深度，同时直线性好、尺寸精度高、工具磨损小，除可加工硬脆材料外，还可加工碳化钢、二氧化钢、二氧化铁和硼环氧复合材料，以及不锈钢与钛合金叠层的材料等。目前，已用于航空、原子能工业，效果良好讲义3第一节超声加工的基本原理和特点一、超声波的特性超声波：高于16000Hz，超出人的听觉范围的波声波：人耳能感受到的一种纵波，频率范围为16—16000Hz次声波：频率低于16Hz的声波4一、超声波的特性1）超声波可在气体、液体和固体介质中传播，其传播速度与频率

3、、波长、介质密度等有关：C=λf（5－1）C--超声波传播速度（m／S）λ--波长（m）f--频率（HZ）5一、超声波的特性2）超声波在各种介质中传播，其运动轨迹都按余弦函数规律变化：x＝A*cos（ω*t+ψ）（5－2）x--质点运动的位移（m）A--振幅（m）ω--圆频率（rad／S）t--时间（s）ψ--振动的相位角（rad）6一、超声波的特性3）超声波可传递很强的能量能量强度可用垂直于波的传播方向单位面积的能量来表示能量强度高达几百瓦／平方厘米，且90％作用于工件表面在液体、固体中传播强度、功率、能量密度比空气中高千万倍7一、超声波的特性4）超声波会产生反射、干涉和共振现象超声

4、波在介质中传播时出现波的叠加作用，使弹性杆中某处质点始终不动，而某处质点的振幅则大大增加，从而获得更大的超声加工能量8l--反射波2--合成波3--人射波b--波节点l--波节点至波反射端的距离一、超声波的特性9一、超声波的特性5）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现象，强化了加工过程的进行10超声加工是磨料悬浮液中的磨粒，在超声振动下的冲击、抛磨和空化现象综合切蚀作用的结果(以磨粒不断冲击为主)。脆硬的材料，受冲击作用愈容易被破坏，故尤其适于超声加工2）超声加工的基本原理11超声加工方法示意图l--冷却水人口2--换能器3--激励线圈4--变幅杆5--谐振支座6

5、--冷却水出口7--工具锥8--工具头9--磨料射流10--工件11--磨料悬浮液122）超声加工的基本原理高频电源联接超声换能器，将电振荡转换为同一频率、垂直于工件表面的超声机械振动（振幅0.005~0.01mm）变幅杆将振幅放大(0.05~0.lmm)以驱动工具端面作超声振动磨料悬浮液（磨料、水或煤油等赃工具的超声振动和一定压力下，高速不停地冲击悬浮液中的磨粒，并作用于加工区，使该处材料变形，直至击碎成微粒和粉末同时，磨料悬浮液的不断搅动，促使磨料高速抛磨工件表面，又由于超声振动产生的空化现象，在工件表面形成液体空腔，促使混合液渗入工件材料的缝隙里，而空腔的瞬时闭合产生强烈的液压冲

6、击，强化了机械抛磨工件材料的作用，并有利于加工区磨料悬浮液的均匀搅拌和加工产物的排除随着磨料悬浮液不断地循环,磨粒的不断更新。加工产物的不断排除，实现了超声加工的目的讲义13（3）超声加工的特点1）适合加工各种硬脆材料不导电的非金属材料：玻璃、陶瓷、宝石、石英、锗、硅、石墨等硬质或耐热导电的金属材料：淬火钢、硬质合金、不锈钢、钛合金等，但加工效率较低。2）工件表面的宏观切削力小，切削应力、切削热更小，不产生变形及烧伤，表面粗糙度可达Ra0．63—0．08um，尺寸精度可达0.03mm适于加工薄壁、窄缝、低刚度零件去除工件材料主要依靠磨粒瞬时局部的冲击作用14（3）超声加工的特点3）工

7、具可用较软的材料、做成较复杂的形状，且不需要工具和工件作比较复杂的相对运动，便可加工各种复杂的型腔和型面超声加工机床的结构简单，操作、维修方便4）超声加工的面积不够大，而且工具头磨损较大，故生产率较低15第二节超声加工设备超声加工设备的功率和结构有所不同，但其基本组成相同一般包括超声发生器、超声振动系统、磨料悬浮液循环系统和机床本体16超声加工机床超声发生器（超声电源）超声振动系统超声换能器变幅杆（振幅扩大棒）工具机床本体工作头加压机构及工作进