超声波加工在复合加工中的实际应用分析
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摘要:随着科学技术的快速发展,超声波将在生产制造中的应用越来越广。
但就目前技术水平来说,人们可以具体利用超声波还十分有限,因此,这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。
本文介绍了超声波加工的的原理和加工方法,分别举出了几种典型的超声波加工实例,详细阐述了其加工原理、方法、和过程,通过对超声波的加工原理剖析,阐述超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。
关键词:新科技;制造业;超声波;发展Abstract:With the rapid development of science and technology in manufacturing, ultrasonic application more and more widely. But as to the present technical level speaking, people can specific use is still very limited, therefore ultrasonic, this is a booming and have unlimited prospects technologies and industrial fields. This paper introduces the principle of ultrasonic machining and processing method, cited several typical respectively ultrasonic machining example, a detailed expounds its processing principle, method and process of ultrasonic machining, through analysis, this paper expounds the principle of ultrasonic machining mainly used for various hard brittle materials, such as glass, quartz, ceramics, silicon, ge, ferrite, precious stones and jade etc punch (including round hole, abnormity bores and bending hole, etc.), cutting, notching, set of materials, sculpture, to small parts deburring, mould surface polishing and grinding wheel dressing, etc.Keywords:New technology; Manufacturing; Ultrasonic; development超声波加工历史:1927年,美国物理学家伍德和卢米斯最早作了超声加工试验,利用强烈的超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔,但当时并未应用在工业上;1951年,美国的科恩制成第一台实用的超声加工机。
超声波加工技术论文超声波加工是利用工具断面的超声振动,通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。
这是店铺为大家整理的超声波加工技术论文,仅供参考!超声波加工技术论文篇一超声加工的应用及发展摘要:陶瓷、光学玻璃、功能晶体、金刚石、宝石和先进复合材料等具有优越的物理、化学和机械性能,在航空、航天、军工、电子、汽车和生物工程等领域正得到越来越广泛的应用,并且其应用还在不断向新的领域扩展。
与此同时,人们开始探索特种加工方式来加工这些难加工材料。
超声加工技术就是在此背景下发展起来的,实践证明,它是加工上述难加工硬脆材料的高效和经济有效的方法之一。
超声技术在工业中的应用开始于20世纪10~20年代,它是以经典声学理论为基础,同时结合电子技术、计量技术、机械振动和材料学等学科领域的成就发展起来的一门综合技术。
超声技术的应用可划分为功率超声和检测超声两大领域。
其中,功率超声是利用超声振动形成的能量使物质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变,或者使这种状态改变加快的一门技术。
功率超声在机械加工方面的应用,按其加工工艺特征大致分为2类,一类是带磨料的超声磨料加工(包括游离磨料和固结磨料),另一类是采用切削刀具与其他加工方法相结合形成的超声复合加工。
关键词:超生加工发展特点及优势应用潜能一、超声加工技术的发展1927年,美国物理学家伍德和卢米斯最早作了超声加工试验,利用超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔。
但当时超声加工并未应用到工业上,直到大约1940年在文献上第一次出现超声加工(USM-Ultrasonic Machining)工艺技术描述以后,超声加工才吸引了大家的注意,并且逐渐融入到其他的工业领域。
1951年,科恩研制了第一台实用的超声加工机,为超声加工技术的发展奠定了基础。
USM提供了比常规机械加工技术更多的优点。
例如,导电和非导电材料它都可以加工,并且加工复杂的三维轮廓也可以像简单形状那样快速。
此外,超声加工过程不会产生有害的热区域,同时也不会在工件表面带来化学/ 电气变化,而且加工时在工件表面上所产生的有压缩力的残余应力可以增加被加工零件的高周期性疲劳强度。
超声热处理工艺在材料加工中的关键应用超声热处理是一种通过超声波在材料中产生局部加热和冷却的工艺,被广泛应用于材料加工中。
它可以有效地改善材料的性能,并提高材料的加工效率。
以下是超声热处理在材料加工中的关键应用。
首先是超声热处理在焊接中的应用。
焊接是一种常见的材料连接方式,超声热处理可以通过在焊接过程中产生的高频振动和局部加热来提高焊接质量。
超声热处理可以使焊缝中的晶界结构得到重组和优化,从而提高焊接接头的强度和韧性。
此外,超声热处理还可以减少焊接过程中的应力和变形,提高焊接接头的几何形状和尺寸稳定性。
其次是超声热处理在淬火中的应用。
淬火是一种常用的热处理方法,通过在高温下迅速冷却材料来改善其硬度和耐磨性。
超声热处理可以在淬火过程中产生的高频振动和局部加热来促进材料的相变和金属晶粒细化,从而提高淬火效果。
此外,超声热处理还可以减少淬火过程中的应力和变形,提高材料的形状和尺寸稳定性。
再次是超声热处理在粉末冶金中的应用。
粉末冶金是一种常用的金属零件制造方法,通过将金属粉末压制成形,然后进行高温烘烤和冷却来实现零件的形成。
超声热处理可以利用其局部加热效果,促进金属颗粒的烧结和结合,从而提高材料的致密性和力学性能。
此外,超声热处理还可以改变粉末冶金材料的晶格和晶界结构,从而提高其热稳定性和耐腐蚀性。
再者,超声热处理在涂层和表面处理中的应用。
涂层和表面处理是一种常用的材料表面改性方法,通过在材料表面形成一层具有特定功能和性能的涂层来提高材料的使用性能。
超声热处理可以在涂层和表面处理过程中产生的高频振动和局部加热来促进涂层和基材之间的结合,从而提高涂层的附着力和耐磨性。
此外,超声热处理还可以提高涂层和基材的界面结构和界面强度,从而提高涂层的稳定性和耐腐蚀性。
综上所述,超声热处理工艺在材料加工中的关键应用包括焊接、淬火、粉末冶金、涂层和表面处理。
通过超声波的高频振动和局部加热,可以改善材料的性能,提高材料的加工效率,从而推动材料加工领域的发展。
超声辅助合成材料的研究及其应用超声是指波长小于20kHz的声波,它是一种具有高强度、高功率、高密度能量的物理能量。
近年来,在材料科学领域,超声已被广泛用于材料加工和材料改性。
超声辅助材料合成是一项利用超声波的能量来增强材料的反应速度、提高反应效率和产物品质的技术。
本文将探讨超声辅助合成材料的研究进展及其应用。
一、超声辅助合成材料的机理声波的传播是由压缩波和拉伸波所组成的,当超声波作用于反应体系时,它能够产生一系列的效应,包括涡流、湍流、破碎和折叠等,这些效应可以使物质分子之间的距离缩短,分子之间的相互作用增强,从而提高反应速度和产物品质。
1. 涡流效应涡流是指超声波作用下产生的流体旋转运动,它可以使反应物分子之间的相互作用增加,从而促进反应的进行。
2. 湍流效应湍流是指流体中的流动变得不规则和混乱,这种混乱的运动可以增加分子之间的相互作用,加快反应的进行。
3. 破碎效应超声波的波动作用下,一个粒子在介质中运动时会受到压缩和拉伸力的作用,这种力的作用可以使粒子表面的结构发生断裂,同时也可以使分散状态的颗粒聚集成块,形成新的反应体系。
4. 折叠效应超声波的作用可以使反应体系中的物质发生起伏运动和折叠运动,使物质分子的受力变化,从而改变分子的构型,影响反应的速度和效果。
二、超声辅助合成材料的应用在材料科学领域,超声辅助合成材料已被广泛应用于缩短反应时间、提高反应效率、改善产物质量等方面。
下面分别从树脂、陶瓷、金属三个方面来探讨超声辅助合成材料的应用。
1. 超声辅助树脂固化树脂是一种重要的高分子材料,在制备复合材料、模型制作、涂料涂装等领域有着广泛应用。
在树脂固化过程中,超声波可以增加固化剂分子之间的碰撞频率,加快反应速度。
同时,超声波还可以使反应溶液中的气泡消除,防止在固化过程中产生孔洞,提高了固化剂和树脂的固化效率和品质。
2. 超声辅助陶瓷制备陶瓷是一种耐高温、耐腐蚀、硬度高的非金属材料,广泛应用于航空、电子、汽车等高技术产业。
复合材料组合件脱粘缺陷分析及消除一、引言随着新材料技术的发展,复合材料在航空航天、汽车、船舶等领域的应用越来越广泛。
复合材料组合件由于其具有高强度、轻质、耐热性好等特点,被广泛用于各种工程结构和零部件中。
由于复合材料的特殊性质,常常会出现脱粘缺陷,导致组合件的性能下降甚至失效。
对复合材料组合件脱粘缺陷的分析及消除具有重要的理论和实际意义。
1. 材料选择不当复合材料通常采用树脂基体和纤维增强材料组合而成,如果树脂和纤维的选择不当,容易导致两者之间粘合不牢,从而出现脱粘现象。
2. 制造工艺不当在复合材料的制造过程中,如果工艺参数控制不当,如固化温度、固化时间、压力等,都会对材料的粘结强度产生影响,进而导致脱粘缺陷。
3. 气泡和杂质在复合材料的加工过程中,如果存在气泡和杂质,会影响材料的粘结质量,从而导致脱粘现象的产生。
4. 外部环境影响三、复合材料组合件脱粘缺陷的检测方法1. 声发射检测法通过对复合材料组合件施加外部压力或载荷,利用声学传感器检测声波信号,从而实现对脱粘缺陷的快速、非破坏性检测。
2. 热敏检测法利用红外热像仪和红外线热伸缩检测仪器,对复合材料组合件进行加热或冷却处理,在材料的热传导过程中,通过测量热响应信号来检测脱粘缺陷。
利用超声波检测仪器对复合材料组合件进行超声波扫描,通过检测超声波在材料中的传播速度和振幅变化来识别脱粘缺陷。
在复合材料的设计和制造过程中,应根据具体的工程需求,选择合适的树脂基体和纤维增强材料,以确保材料的粘结强度。
4. 加强表面保护复合材料在使用过程中,应加强对外部环境的保护,如表面涂层、防潮处理等,以提高材料的耐久性和抗老化性能。
五、总结复合材料组合件脱粘缺陷的分析及消除是一个复杂而重要的课题,在实际工程中具有重要的应用价值。
通过对脱粘缺陷的成因分析,可以采取相应的检测方法和消除措施,以提高复合材料组合件的粘结质量和使用寿命,从而保证工程结构和零部件的安全可靠运行。
超声波的实验观察与应用超声波是指频率高于人类听觉范围的一种机械波,其频率一般在20kHz至1GHz之间。
超声波在科学研究、医疗诊断、工业生产等领域得到了广泛的应用。
本文将从实验观察与应用两个方面来介绍超声波。
超声波是由声源振动产生的机械波,其具有直线传播、能量集中、不易散射等特点。
在实验室中,我们可以通过超声波进行一系列的观察与实验研究。
首先,我们可以利用超声波进行材料的非破坏性检测。
超声波在材料中传播时会发生折射、衍射、散射和衰减等现象,这些现象与材料的性质有关。
通过关注超声波在材料中的传播特性,我们可以获得材料的内部结构信息,例如材料的缺陷、孔隙和材料厚度等。
这对于一些薄壁结构、复合材料等的检测非常重要。
其次,超声波在医学上有着广泛的应用。
超声波可以穿过人体组织,并且在不同组织或器官之间的界面上发生反射、折射等现象,从而形成超声图像。
医生可以通过超声波图像来观察人体内部的情况,例如检测胎儿发育情况、排除肿瘤、观察心脏功能等。
超声波成像技术在医学领域的应用不仅安全无损伤,而且操作简便,成本较低,因此被广泛应用于临床医学。
此外,超声波还在工业领域得到了广泛的应用。
例如,超声波可以用于清洗物体表面。
超声波振动可以产生涡流和气泡爆破,从而将污垢从物体表面上去除。
这在一些特殊行业,例如电子制造、半导体工艺等中有着重要的应用。
另外,超声波也可以应用于材料的加工和焊接。
声波的能量可以激发材料分子内部的运动,进而改变材料的物理性质,例如硬化、烧结或融合等。
这种特性可以应用于微电子器件的制造、天然石材的切割、塑料焊接等工艺中。
总之,超声波是一种频率高于人类听觉范围的机械波,具有许多独特的传播特性。
通过实验观察,我们可以深入了解并研究超声波的性质,利用其进行材料检测、医学诊断和工业加工等的应用。
未来,随着科学技术的发展,超声波的应用领域将会继续扩大,并为人类创造更多的价值。
超声波是一种机械波,其频率高于人类听觉范围,一般在20kHz至1GHz之间。
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。
复合材料孔隙率的超声检测方法探讨姓名:学号:摘要: 简单介绍了复合材料中孔隙的形成原因, 叙述了孔隙率对材料机械性能的影响, 综述了孔隙率测量的超声无损检测方法现状, 说明了目前各种检测方法的检测效果和优缺点, 并对将来孔隙率的检测方法作了展望。
关键词: 孔隙率; 复合材料; 超声检测孔隙是复合材料最常见的微小缺陷。
孔隙的出现会降低材料的性能, 如层间剪切强度, 纵向和横向的弯曲强度和拉伸强度、抗疲劳性以及高温下的抗氧化性能等。
即使孔隙含量很小, 也会对材料的寿命造成很大的影响[1- 4], 因此孔隙率的检测对复合材料的性能保证非常重要。
目前比较常用的无损检测方法是超声波检测, 国内外已对此种检测方法做了不少的研究, 并取得了一定的进展。
1 孔隙的形成及对材料的影响由于复合材料比较复杂的加工工艺, 完全没有孔隙的复合材料是没有的。
一般来说, 空隙的形成有两种原因[5]: 一是制作过程中树脂未完全浸润或叠层间空气未完全排除, 造成空气存留在其中, 这种原因形成的孔隙一般数量较多, 形状是扁圆形或拉长形; 二是由于工艺过程中产生挥发性物质, 这时形成的孔隙一般呈圆形, 孔隙数量较少, 孔隙的尺寸一般较小, 直径为几微米到几百微米。
评定孔隙对材料影响程度大小的定量指标是孔隙率, 有面积孔隙率和体积孔隙率两种定义。
面积孔隙率是单位面积所含孔隙的面积的百分比, 体积孔隙率是单位体积所含孔隙的体积百分比。
具体根据实际检测技术的不同采取不同的指标描述。
复合材料的机械性能对孔隙十分敏感。
ALmei2da[6]等人用实验证明, 即使孔隙的存在对材料的静态强度只有中等程度的影响, 它却可以使疲劳寿命显著下降。
研究指出, 孔隙率在0% ~ 5% , 每增加1%, 其层间剪切强度平均下降7% 左右, 其他性能如弯曲强度以10% 左右的比例下降, 弯曲模量则以5% 左右的比例下降。
不过孔隙的存在并不是对材料都具有有害的影响。
河南机电高等专科学校先进制造技术课程论文论文题目:超声波加工在复合加工中的实际应用分析系部:机械工程系专业:机械制造与自动化班级:机制122学生姓名:学号:指导教师:2014年11月3日摘要:通过对超声波和超声技术的解释举例,以及对超声复合技术的理解,更深入的体会超声波在超生复合技术中的应用,对超声复合的作用,起关键作用,对这一方面的认知和超声复合的定义。
关键词:超声波超声复合一超声波1.超声波定义我们知道,当物体振动时会发出声音。
科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率,它的单位是赫兹。
我们人类耳朵能听到的声波频率为20~20,000赫兹。
因此,当物体的振动超过一定的频率,即高于人耳听阈上限时,人们便听不出来了,这样的声波称为“超声波”。
通常用于医学诊断的超声波频率为1~5兆赫。
超声波具有方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远等特点。
可用于测距,测速,清洗,焊接,碎石等虽然说人类听不出超声波,但不少动物却有此本领。
它们可以利用超声波“导航”、追捕食物,或避开危险物。
大家可能看到过夏天的夜晚有许多蝙蝠在庭院里来回飞翔,它们为什么在没有光亮的情况下飞翔而不会迷失方向呢?原因就是蝙蝠能发出2~10万赫兹的超声波,这好比是一座活动的“雷达站”。
蝙蝠正是利用这种“雷达”判断飞行前方是昆虫,或是障碍物的。
2.超声波的特点:1、超声波在传播时,方向性强,能量易于集中。
2、超声波能在各种不同媒质中传播,且可传播足够远的距离。
3、超声与传声媒质的相互作用适中,易于携带有关传声媒质状态的信息(诊断或对传声媒质产生效应。
(治疗)超声波是一种波动形式,它可以作为探测与负载信息的载体或媒介(如B超等用作诊断);超声波同时又是一种能量形式,当其强度超过一定值时,它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用,去影响,改变以致破坏后者的状态,性质及结构(用作治疗)。
3.超声波加工原理超声波加工是利用工具断面的超声振动,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1.1所示。
加工时,在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液,并在工具头振动方向加上一个不大的压力,超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动,变幅杆将振幅放大到0.01~0.15mm,再传给工具,并驱动工具端面作超声振动,迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面,把加工区域的材料粉碎成很细的微粒,从材料上被打击下来。
虽然每次打击下来的材料不多,但由于每秒钟打击16000次以上,所以仍存在一定的加工速度。
与此同时,悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处,加速了破坏作用,而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环,使变钝的磨料及时得到更新。
二超声加工超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具,并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用,使工件材料表面逐步破碎的特种加工,英文简称为USM。
超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。
1,超声加工的工作原理超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡,换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动,通过振幅扩大棒(变幅杆)使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动,迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。
2.超声波焊接原理通过上焊件把超声能量传送到焊区,由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大,因此会产生局部高温。
又由于塑料导热性差,一时还不能及时散发,聚集在焊区,致使两个塑料的接触面迅速熔化,加上一定压力后,使其融合成一体。
当超声波停止作用后,让压力持续,有些许保压时间,使其凝固成型,这样就形成一个坚固的分子链,达到焊接的目的,焊接强度能接近于原材料本体强度。
3.超声加工的主要特点不受材料是否导电的限制;工具对工件的宏观作用力小、热影响小,因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件;被加工材料的脆性越大越容易加工,材料越硬或强度、韧性越大则越难加工;由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用,磨料的硬度应比被加工材料的硬度高,而工具的硬度可以低于工件材料;可以与其他多种加工方法结合应用,如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。
超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。
超声打孔的孔径范围是0.1~90毫米,加工深度可达100毫米以上,孔的精度可达0.02~0.05毫米。
表面粗糙度在采用W40碳化硼磨料加工玻璃时可达1.25~O.63微米,加工硬质合金时可达0.63~0.32微米。
超声加工机一般由由电源(即超声发生器)、振动系统(包括超声换能器和变幅杆)和机床本体三部分组成。
超声发生器将交流电转换为超声频电功率输出,功率由数瓦至数千瓦,最大可达10千瓦。
通常使用的超声换能器有磁致伸缩的和电致伸缩的两类。
磁致伸缩换能器又有金属的和铁氧体的两种,金属的通常用于千瓦以上的大功率超声加工机;铁氧体的通常用于千瓦以下的小功率超声加工机。
电致伸缩换能器用压电陶瓷制成,主要用于小功率超声加工机。
变幅杆起着放大振幅和聚能的作用,按截面积变化规律有锥形、余弦线形、指数曲线形、悬链线形、阶梯形等。
机床本体一般有立式和卧式两种类型,超声振动系统则相应地垂直放置和水平放置三超生复合加工复合加工是指同时在加工部位上组合两种或将中以上的不同类型能量对工件材料进行加工的工艺方法,如果其中的一种加工方式为超声加工,则称该复合加工方法为超声复合加工。
目前,应用最多的是超声电火花复合加工和超声电解复合加工两种。
1.超声电火花复合加工电极和工件接入直流(脉冲) 电压,以一定微压力接触,之间加入含微细磨粒的具有绝缘性能的工作介质(如:无水乙醇) ,工具电极引入超声频振动,将产生脉冲性火花放电。
电极与工件间存在最小间隙△min ,约为单个磨粒直径,由于最小间隙的作用,可有效避免放电短路。
当电极与工件之间的间隙小于△max 时,产生微细电火花放电加工。
在火花放电的间隙,超声的空化和泵吸作用,可有效、及时去除电蚀物,加速工作液循环,改善间隙放电条件,从而有效避免电弧放电,提高有效脉冲比例,改善加工精度和表面质量。
此工艺适用于硬韧金属材料微结构加工。
采用高频脉冲电源,放电频率下降,超声作用效果更明显,更有利于提高加工精度与表面质量,但效率有所下降。
2.超声电解复合加工超声电解复合微细加工原理,加工过程中,采用低电压(1~5 V) 、低浓度钝化电解液(如5 %NaNO3 水溶液) ,由于微电流电解作用,在工件表面会产生厚度极薄、强度远低于基体材料的电解钝化膜,它可阻止低电流密度电解作用。
引入超声频振动、脉冲电流后,磨粒的冲击刮擦、高频振动冲击波及“负压空化”作用能有效消除钝化膜,并及时排除间隙区的电解产物,改善及加强电解作用,使加工过程得以持续。
四.超声加工技术的研究现状及其发展趋势超声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。
几十年来,超声加工技术的发展迅速,在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究和应用,尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题,取得了良好的效果。
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。
沈阳航空工业学院建立了镗孔用超声扭转振动系统,采用磁致伸缩换能器,将超声波发生器在扭转变幅杆的切向作纵向振动时在扭振变幅杆的小端就输出沿圆周方向的扭转振动,镗刀与扭振变幅杆之间采用莫氏锥及螺纹连接,输出功率小于500W,频率为16~23 kH z,具有频率自动跟踪性能.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。
主要用作电火花加工后的模具异形(如三角形、多边形)孔和槽底部尖角研磨抛光,以及非导电材料异形孔加工。
该振动系统的换能器是采用按圆周方向极化的8块扇形压电陶瓷片构成,产生扭转振动。
2 超声加工技术应用研究1. 深小孔加工众所周知,在相同的要求及加工条件下,加工孔比加工轴要复杂得多。
一般来说,孔加工工具的长度总是大于孔的直径,在切削力的作用下易产生变形,从而影响加工质量和加工效率。
特别是对难加工材料的深孔钻削来说,会出现很多问题。
例如,切削液很难进入切削区,造成切削温度高;刀刃磨损快,产生积屑瘤,使排屑困难,切削力增大等。
其结果是加工效率、精度降低,表面粗糙度值增加,工具寿命短。
采用超声加工则可有效解决上述问题。
前苏联在20世纪60年代就生产出带磨料的超声波钻孔机床。
在美国,利用工具旋转同时作轴向振动进行孔加工已取得了较好的效果。
日本已经制成新型UMT-7三坐标数控超声旋转加工机,功率450 W,工作频率20 kHz,可在玻璃上加工孔径1.6 mm、深150 mm的深小孔,其圆度可达0.005 mm,圆柱度为0.02 mm。
英国申请了电火花超声复合穿孔的专利,该装置主要用于加工在导电基上有非导电层的零件,如在金属基上涂有压电陶瓷层的零件。
整个加工过程分两个阶段进行:首先用超声振动将非导电层去除掉,当传感器感知金属层出现时,即改用电加工或电火花与超声复合的方法进行加工。
该装置有效地解决了具有导电层和非导电层零件孔的加工问题。
# Y8 o& H& }- C1996年,日本东京大学在超声加工机床上,利用电火花线切割加工工艺在线加工出微细工具,并成功地利用超声加工技术在石英玻璃上加工出直径为φ15μm的微孔。
1998年又成功地加工出直径为φ5μm 的微孔。
哈尔滨工业大学研究了Ti合金深小孔的超声电火花复合加工。
该工艺将超声振动引入到精密电火花加工中,通过研究超声振动对电火花精加工过程的影响,开发出了一种将超声和电火花结合在一起的新型4轴电火花加工装置。