超声加工技术的现状及发展趋势

超声加工技术的研究进展及其发展趋势张能;魏昕;谢小柱;胡伟【摘要】Ultrasonic machining technology is a new kind of processing technology in the traditional manufacturing and processing technology,in which the workpiece or tool is applied on controllable ultrasonic vibration along a certain direction and it has the advantage of improving the workpiece surface quality, reducing the tool wear, reducing the processing area temperature,reducing the cutting force and many other advantages. This paper introduces the research progress of ultrasonic machining technology in the ultrasonic vibration system、processing parameters、ultrasonic combined machining、deep hole machining, and summarizesthe characteristics of these studies. Based on the up to date developmentof the ultrasonic machining technology,the problems to be solved in the ultrasonic machining technology research are analyzed and the future prospects of ultrasonic machining technology are expounded.%超声加工技术是在传统制造加工技术中,对工件或者工具施加沿一定方向的可控的超声频振动而形成的一种新型加工技术,其具有提高加工工件表面质量、减小加工工具磨损、降低加工区域温度及减少切削力等诸多优点.介绍了超声加工技术在超声振动系统、加工工艺参数、超声复合加工和深小孔加工等方面的研究进展,概括了各项研究的加工特点.综合近年来对超声加工技术的研究进展,分析了对超声加工技术研究中存在的待解决问题,并阐述了未来超声加工技术的发展趋势.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】4页(P266-268,272)【关键词】超声加工;超声振动系统;超声复合加工;深小孔加工;发展趋势【作者】张能;魏昕;谢小柱;胡伟【作者单位】广东工业大学机电工程学院,广东广州510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言超声加工是使用在作高频率小振幅运动的振动工具，在含有磨料的液体介质中不断往复振动，从而对磨料产生冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀空化作用来进行材料的去除，或者对工具（或工件）沿一定方向施加可控超声频振动来进行加工，从而实现材料的去除[1]。

超声波技术应用现状超声波技术应用现状超声波技术是一种利用超声波在介质中传播、反射、散射、吸收等特性进行检测、测量和成像的技术。

由于其非侵入性、无辐射、安全可靠等特点，超声波技术在医学影像、工业检测、无损检测等领域具有广泛应用。

本文将介绍超声波技术在医学、工业和环境等领域的应用现状。

一、医学应用超声波技术在医学领域的应用早已成熟，并且得到了广泛的推广和应用。

在医学影像方面，超声波技术主要用于超声诊断和超声引导下的介入治疗。

超声波无辐射、可重复、造价低廉，使其在临床医学中得到了广泛应用。

超声波检查可以对人体内脏、器官和组织进行不同角度的立体成像，帮助医生发现和诊断肿瘤、器官异常、血管病变以及妇产科疾病等。

此外，超声引导下的介入治疗在肿瘤治疗、器官穿刺和神经麻醉等方面也取得了显著的效果。

二、工业应用超声波技术在工业领域的应用主要体现在无损检测、流量测量和清洗等方面。

无损检测是指在不破坏被检测物体的前提下，利用超声波对材料的内部缺陷进行检测和评估。

超声波无损检测广泛应用于航空航天、能源、汽车制造等行业，用于检测焊缝、裂纹、疲劳等缺陷，确保设备的安全运行。

此外，超声波技术还被应用于液体和气体的流量测量，通过超声波的传播时间和频率变化，可以精确测量流体的流速和质量。

此外，超声波在工业清洗方面也具有广泛应用，可以高效去除零件表面的污垢和油脂。

三、环境应用超声波技术在环境监测和治理中也得到了广泛应用。

在大气污染监测方面，利用超声波技术可以迅速测量和监测空气中的颗粒物、气味和污染物浓度。

此外，超声波技术还可以用于水污染监测和治理。

通过超声波技术可以监测水中溶解氧、浊度、悬浮物浓度等指标，并可以应用于废水处理和水质净化。

四、其他领域应用除了医学、工业和环境等领域，超声波技术还被应用于许多其他领域。

例如，在食品加工和质量控制中，超声波可以检测食品中的空气泡、含水量和沉淀物等指标。

在土壤和农业领域，超声波技术可以用于土壤湿度测量和种植物根系生长的观测。

超声波技术在材料加工中的应用前景随着科技的不断发展，材料加工技术也在不断地创新和改进。

近年来，超声波技术在材料加工中的应用越来越受到人们的重视。

超声波技术是利用高频声波振动控制材料的性质和变形，从而实现对材料加工的精细控制，具有很多优点。

本篇文章将探讨超声波技术在材料加工中的应用前景。

一、超声波在金属加工中的应用1、超声波疲劳试验超声波疲劳试验是一种非常有效的金属疲劳试验方法，可以在实验室环境下模拟金属工件在使用过程中的反复载荷。

超声波的振动频率高达20kHz以上，可以有效地模拟金属工件在使用时的振动状况，再通过对材料的疲劳裂纹扫描和分析，得出材料的疲劳性能。

2、金属复合材料加工金属复合材料是一种高强度、高韧性的材料，由于其材料结构复杂，在加工过程中常常会出现微小裂纹，从而对材料的强度和韧性产生影响。

超声波技术可以通过对金属复合材料表面进行超声波脉冲处理，有效地修复材料表面的裂纹，提高材料的强度和韧性。

3、金属焊接过程控制在金属焊接过程中，超声波技术可以通过反馈控制系统，对焊接热量和焊接压力进行实时控制，从而达到更加精细的焊接效果。

此外，超声波振动可以改善焊接过程中的流体动力性能，使热量分布更加均匀，从而提高焊接质量和效率。

二、超声波在塑料加工中的应用1、塑料微模具加工超声波技术可以通过超声波振动切割，将塑料微模具中细小的结构进行加工，从而制造出高精度的塑料微件。

此外，塑料微模具加工中，超声波技术还可以通过塑料熔融挤压机构来加速塑料的冷却过程，降低塑料制品的生产成本。

2、塑料焊接过程控制在塑料焊接过程中，超声波技术可以通过实时反馈数据，对焊接过程进行自动控制，从而提高焊接质量和效率。

此外，超声波振动可以改善塑料在焊接过程中的流体动力性能，让焊接热量分布更加均匀，从而降低塑料焊接过程中的变形和破裂风险。

三、超声波在其他材料加工中的应用1、超声波斩石超声波斩石是一种利用超声波振动切割石材的技术，可以用于制作大理石和花岗岩等高端材料的雕刻。

超声波技术国内外技术现状和发展趋势嘿，咱今儿个就来唠唠超声波技术这档子事儿。

你知道不，这超声波技术啊，那可是相当厉害的存在呢！在国内，那发展得也是风生水起呀。

好多领域都能瞧见它的身影呢！就好比说在医疗领域，超声波检查那可是帮了大忙啦，能让医生清楚地看到人体内部的情况，就好像给身体来了个“透视”，这多牛啊！还有在工业上，利用超声波进行探伤、清洗啥的，那效率也是高高的。

再看看国外，人家那技术也是不容小觑呀。

国外的科研人员那是不断钻研，把超声波技术玩得团团转。

他们在一些高端制造领域，用超声波技术打造出了超级精细的产品，哇塞，简直让人惊叹不已！那你说这超声波技术以后会咋发展呢？我觉着吧，肯定是越来越牛！说不定以后啊，用超声波就能直接治病了呢，不用开刀不用吃药，“嗖”的一下病就好了，你说神不神？而且啊，在工业上的应用肯定也会更加广泛，什么更复杂的材料都能处理得妥妥当当。

这超声波技术就像是一个潜力无限的宝藏，等着人们不断去挖掘呢！你想想看，要是以后家里的各种东西都能靠超声波来维护保养，那得多方便啊！就像家里的电器啥的，用超声波“扫一扫”，嘿，立马焕然一新，那多棒呀！还有啊，随着科技的不断进步，超声波技术和其他技术的结合肯定也会越来越多。

比如说和人工智能结合，那可就厉害了，能自动检测、自动处理，哇，那简直就是科幻电影里的场景呀！咱可不能小瞧了这超声波技术，它现在已经给我们的生活带来了很多便利，以后肯定还会有更多的惊喜等着我们呢！它就像一个无声的英雄，默默地在各个领域发挥着重要的作用。

咱得好好关注这超声波技术的发展呀，说不定哪天它就会给我们带来意想不到的大惊喜呢！你说是不是？咱可得跟上时代的步伐，别被这快速发展的科技给落下咯！。

1 序言近年来，先进工程材料在航空航天、汽车、半导体、3C和医疗等制造业领域中不断涌现，如钛合金、高温合金、工程陶瓷、陶瓷基复合材料以及蜂窝复合材料等，这些材料具有优异的使用性能，然而机械加工性能很差，属于典型的难加工材料[1]。

在使用传统的机械制造技术对这些材料进行精密加工时遇到了一定的瓶颈，一种新型的制造工艺技术——超声加工技术，即Ultrasonic Machining（UM），受到越来越多的关注并得到大量的应用。

超声加工技术是一种通过超声波振动能量实现难加工材料精密去除的工艺技术，该技术是将超声波振动能量通过一系列结构的传播和变换聚焦在刀具的工作区域，从而形成被切削材料的冲击去除效果，进而可以提高众多难加工材料的可加工性能。

该技术在加工过程中具有众多优点，如：降低切削力和减少切削热、减小刀具磨损和崩边毛刺、优化切屑形态、提高表面质量、降低亚表面损伤以及提高加工效率等（每个加工工艺具体的改善效果因超声刀具、材料、工艺等的不同而存在一定的差别）。

超声加工技术是一种基于功率超声技术发展起来的特种加工技术，它本质上是一个物理去除过程，不涉及材料性质的改变。

随着市场化的需求越来越强烈，超声加工技术中商用标准化系统也成为了目前市场需求的重点，相关的超声加工技术开始走出实验室，在众多典型难加工材料的精密加工中得到应用，如：光学玻璃、蓝宝石、陶瓷、氧化铝陶瓷、钛合金、高温合金、碳纤维复合材料以及铝基碳化硅复合材料等，其应用领域及典型案例如图1所示。

近几年，国内难加工材料的大量应用，带来了较多的超声加工技术应用需求，促使了该技术的市场化，多家科研机构和制造企业纷纷开始进行超声加工技术的产业化应用。

图1超声加工应用领域及典型案例2 超声加工技术发展现状“工欲善其事，必先利其器”，超声加工技术是针对难加工材料精密加工的利器。

在大多数切削加工领域，超声加工更确切的名称应该为“超声辅助精密加工”，即在传统切削加工技术上辅助超声振动，从而实现特殊的材料去除效果。

2023年超声行业市场前景分析超声技术广泛应用于医疗、食品、化工、航天、交通、军事等领域，在国民经济中具有重要的地位，市场规模不断扩大。

本文旨在分析超声行业市场前景，探讨超声行业发展趋势及机遇。

一、超声行业市场现状近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，医疗行业得到了迅速的发展，医疗器械行业市场越来越庞大。

在诊断医学中，超声成为了一种最为常用的检查技术，应用广泛，市场规模越来越壮大。

据业内数据显示，2019年我国医疗超声市场规模达到了221.1亿元。

此外，在食品、化工以及航天、交通、军事等领域中，也有着广泛应用。

超声流量计、超声波清洗机、超声波破碎仪等应用了超声技术的仪器设备重要性不断凸显。

二、超声行业发展趋势1. 医用超声设备市场化趋势加剧超声技术在医疗领域中应用广泛，市场规模也不断扩大，市场化趋势日益凸显。

未来，超声检查将更加普及，产业链上下游企业将会更多地关注医疗超声设备的研发与制造。

2. 超声探伤技术日益广泛超声探伤技术在各个领域中应用越来越广泛，对于材料缺陷的检测更加精确和灵敏，在金属、化工以及航天领域的应用也越来越多。

未来，随着工业化、智能化的发展，超声探伤技术的应用前景也会越来越广泛。

3. 智能化和移动化成趋势随着科技的发展和人们的生活方式的改变，智能化和移动化已成为各行业的发展趋势，超声行业同样不例外。

未来，随着技术的不断进步，基于互联网的医疗、工业超声设备将会越来越普及，使人们更加方便地进行检查、修理等环节。

三、超声行业发展机遇1. 政策的扶持政府对超声行业的支持力度不断增加。

如《“十三五”国家创新驱动发展纲要》中明确提出重点发展生物医学检测设备制造产业，超声行业将受益于政府的支持政策。

2. 市场需求增加随着我国医疗领域的不断发展，超声技术在临床中的应用日益广泛。

在医疗投入方面，政策层面对医疗领域和医疗器械企业也提供了大力支持，这将为超声行业带来更大的市场需求。

3. 技术不断进步技术的不断进步对超声行业发展极为重要。

超声加工技术是一种利用高频声波振动来进行加工和处理材料的技术。

它在多个领域有广泛的应用，其应用现状和发展趋势如下：应用现状：食品工业：超声波在食品工业中用于食品分散、混合、杀菌和提取。

它有助于改善食品质量、延长保质期和提高生产效率。

医疗领域：超声波在医疗成像、药物输送、封闭伤口、清洁器械等方面有广泛应用。

例如，超声波成像用于超声检查和产前检查。

材料加工：超声波可用于金属焊接、塑料焊接、切割、清洗、打磨和去除杂质。

它在制造业中用于提高产品质量和生产效率。

化学工业：超声波可用于化学反应的促进、分散、乳化和催化。

它在合成化学和制药工业中具有潜力。

环保技术：超声波可用于废水处理、污泥处理和空气净化。

它有助于减少环境污染和资源浪费。

发展趋势：创新应用：超声加工技术的创新应用不断涌现，如超声制造、纳米材料合成、超声流变学等。

这些新应用有望扩大超声技术的领域。

自动化和智能化：超声加工设备逐渐实现自动化和智能化，包括自动控制、远程监控和数据分析。

这将提高生产效率和生产质量。

环保和节能：超声加工技术有望成为更环保和节能的加工方法。

它可以减少化学物质的使用、减少废物产生和降低能源消耗。

多模态集成：超声加工技术与其他加工技术的多模态集成将成为趋势，以满足复杂加工需求。

高效材料加工：超声加工技术将更多地用于高效的材料加工，如超声切割、精密焊接和制造微细结构。

国际合作：超声加工技术的研究和应用将在国际合作和跨学科研究方面取得更大突破。

总的来说，超声加工技术在各个领域都有潜力，其发展将受益于创新应用、自动化、环保和国际合作。

随着科技的进步，超声加工技术将不断拓展其应用范围，提高效率，降低成本，并在各个领域发挥更大的作用。

超声技术的发展趋势和挑战主要体现在以下几个方面：
1. 超声技术不断进步：随着科技的不断进步，超声技术也在不断发展。

目前，高分辨率超声、三维超声、超声造影等技术已经广泛应用，未来还将出现更多新技术，进一步提高超声的准确性和可靠性。

2. 智能化发展：随着人工智能和机器学习技术的不断发展，超声设备的智能化程度越来越高。

未来的超声设备将更加智能化，能够自动识别病变、自动分析图像，为医生提供更准确的诊断信息。

3. 多模态成像融合：目前，超声已经不再是单一的成像技术，与其他影像技术（如MRI、CT等）的融合成为趋势。

多模态成像融合可以相互补充，提高诊断的准确性和可靠性。

4. 个性化治疗：随着精准医学的发展，超声技术在个性化治疗方面也取得了很大的进展。

通过超声引导的精准介入治疗，可以实现个体化的治疗效果，提高患者的生存率和生活质量。

5. 远程医疗：随着互联网技术的发展，远程医疗也逐渐成为趋势。

超声设备可以通过远程控制实现远程诊断和治疗，为患者提供更加便捷的服务。

然而，超声技术的发展也面临着一些挑战：
1. 技术更新换代快：随着科技的不断进步，超声技术的更新换代也越来越快。

医疗机构需要及时更新设备和技术，跟上技术发展的步伐。

2. 诊断标准不统一：由于不同品牌、不同型号的超声设备差异较大，诊断标准不统一，这给临床医生和影像科医生带来了一定的困扰。

需要建立统一的标准和规范，提高诊断的准确性和可靠性。

3. 患者安全问题：在超声诊断和治疗过程中，如果操作不当或误诊可能会对患者造成伤害。

需要加强医生的培训和监管，提高患者的安全意识。

超声加工技术的现状及发展趋势前言：超声波加工是利用超声振动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，或给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。

超声波加工技术是一种涉及面广且更新快的机械加工技术。

结合近年来超声加工技术的发展状况，综述了超声振动系统的研究进展和超声加工技术在深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、难加工材料的加工、超声振动切削、超声复合加工等方面的最新应用，并阐述了超声加工技术的发展趋势。

关键词：超声波加工、超声振动、声复合加工、应用、发展、正文:1、超声振动系统的研究进展及其应用超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是超声设备的核心部分。

在传统应用中，超声振动系统大都采用一维纵向振动方式，并按“全调谐”方式工作。

但近年来，随着超声技术基础研究的进展和在不同领域实际应用的特殊需要，对振动系统的工作方式和设计计算、振动方式及其应用研究都取得了新的进展。

日本研究成功一种半波长弯曲振动系统，其切削刀具安装在半波长换能振动系统细端，该振动系统换能器的压电陶瓷片采用半圆形，上下各两片，组成上下两个半圆形压电换能器(压电振子)，其特点是小型化，结构简单，刚性增强。

日本还研制成一种新型“纵-弯”型振动系统，并已在手持式超声复合振动研磨机上成功应用。

该系统压电换能器也采用半圆形压电陶瓷片产生“纵-弯”型复合振动。

日本金泽工业学院的研究人员研制了加工硬脆材料的超声低频振动组合钻孔系统。

将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合，制造了一台组合振动钻孔设备，该设备能检测钻孔力的变化以及钻孔精度和孔的表面质量，并用该组合设备在不同的振动条件下进行了一系列实验。

实验结果表明，将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合是加工硬脆材料的一种有效方法。

另一种超声扭转振动系统已在“加工中心”用超声扭转振动装置上应用。