浅析超声加工

超声波工艺超声波工艺研究在过去几十年里取得了长足的进步，它已经成为大量工业领域中一种重要的技术手段。

尤其是现代制造业中，超声波技术得到了大量应用，为生产过程提供了更多的功能和可靠性，实现了更高的生产效率和工艺质量，并加速了生产程序。

超声波工艺是指使用超声波而实现的工艺过程，其特点是能够高效、精确的分解物料和加工物体。

超声波技术主要用于切削加工、热处理和表面处理，以及特殊材料的加工。

切削加工是超声波工艺应用最为广泛的方面之一，它能够在多种材料上实现高效的切削加工，而且能够克服传统机械加工的一些困难，如追踪切削加工等，有效提高切削加工的精度和效率。

也可以用于实现无锐角复杂曲面的加工。

热处理是另一个重要的超声波应用领域，它主要是通过改变超声波的频率或强度来控制处理过程的温度，用于金属或非金属材料的热处理，实现自动控制和快速热处理。

表面处理技术是超声波工艺中另一个重要的应用领域，包括清洁、抛光、拉伸、去腐蚀、处理表面缺陷和表面涂层等。

超声波可以将表面的缺陷掩蔽、平滑、抛光处理，提高表面的光洁度和耐用性，更加满足要求。

特殊材料的加工是超声波工艺中另一个广泛应用的方面，常见的如硅胶切削加工、复合材料和多层材料等，这种技术可以有效防止材料破坏，可以有效地减少加工时间，提高产品质量和精度，成为众多领域中一种有效的加工技术。

超声波工艺在制造业中应用取得了很多成果，它拥有高效、精准的特点，使生产流程更加规范，从而达到质量的提升和效率的提高。

通过超声波，人们可以实现更多创新性的加工技术，实现更高品质的成品，满足现代制造业对高精度、高品质产品的要求。

总而言之，超声波工艺是一项重要的技术手段，其在现代制造业中发挥着积极的作用，它的出现改变了传统的加工方法，使得加工的准确度、效率和质量都得到了极大的提高，为现代制造业的发展提供了积极的动力。

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。

１．超声加工的原理与特点超声加工是利用工具端面作超声频振动，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所示，加工时工具１和工件２之间加入液体和磨料混合的悬浮液３，并使工件以很小的力轻压在工件上。

超声波换能器６产生１６０００Ｈｚ以上的超声频振动，并借助于变幅杆把振幅放大到０．０５～０．１ｍｍ左右，驱动工具端面作超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断的撞击、抛磨被加工表面，把被加工表面的材料粉碎成很细的微粒，从工件上被打磨下来。

虽然每次打击下来的材料很少，但由于每秒打击的次数多达１６０００次以上，所以仍有一定的加速度。

与此同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频、交变的液压正负冲击波和空化作用，促使工作液钻入被加工材料的微裂缝处，加剧了机械破坏作用。

此外，正负交变的液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨粒及时得到更新。

由此可见，超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的综合结果，其中磨粒的撞击作用是主要的。

由于超声加工是基于局部撞击作用的，因此越是脆硬的材料，受到冲击作用遭破坏就越大，越易于进行超声加工。

相反，脆性和硬度不大的韧性材料，由于它的缓冲作用而难以加工。

超声加工具有以下特点：１）超声加工的应用不受工件材料的电、化学特性的限制，适合于加工各种脆硬材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷、金刚石等。

２）由于工具可用较软的材料，作出较复杂的形状，故不需要使工具和工件作比较复杂的相对运动，因此超声加工机床的结构一般比较简单，只需一个方向轻压进给，操作、维修方便。

３）由于去除加工材料是靠极小磨粒瞬时局部的撞击作用，故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形及烧伤，避免了被加工工件的物理和化学性能的变化，表面粗糙度也较好，可达Ｒａ１～０．１ｍｍ，加工精度可达０．０１～０．０２ｍｍ，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度零件［１］。

超声波模具的设计原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述超声波模具是一种应用超声波技术进行加工和成型的重要设备。

它可以通过超声波的传导和振动作用，有效地加工各种材料，并实现精确的形状控制和高效率生产。

随着现代科学技术的不断进步，超声波模具在许多领域得到了广泛应用，如塑料成型、金属焊接、食品加工等。

1.2 文章结构本文将首先介绍超声波原理简介，包括超声波的基本概念、传播方式以及其与材料相互作用的特点。

接着我们将详细阐述超声波模具的设计要点，包括模具结构、材料选择、连接方式等方面。

然后，我们将深入探讨模具设计原理与超声波相互作用关系，分析超声波对模具加工过程的影响和作用机制。

同时，还会介绍模具制备方法与工艺流程，并提出优化措施以提高生产效率和产品质量。

最后，我们将重点讨论在模具设计中需要考虑材料属性、结构特征、连接方式及节能效果评估等因素和挑战，并给出相应的解决方案。

1.3 目的本文的目的是系统地介绍超声波模具的设计原理、制备方法与工艺流程，分析模具设计中需考虑的因素和挑战，并总结重述主要观点和结果。

同时，对超声波模具设计提出启示和展望，为相关领域研究人员提供参考和借鉴。

通过全面而深入地探讨超声波模具的设计原理和实操经验，我们可以更好地理解超声波技术在工程领域的应用潜力，并为优化设计和改进工艺提供指导。

2. 超声波模具的设计原理2.1 超声波原理简介超声波是指频率高于人类听觉范围（20kHz）的机械振动波。

在超声波模具设计中，利用超声波的特性可以实现高效的材料切割、焊接和成型等工艺。

超声波通过在模具中产生机械振动，将能量传递给材料，从而实现所需的加工过程。

2.2 模具的设计要点在超声波模具设计中，需要考虑以下要点：- 模具形状和尺寸：根据加工要求和材料特性确定模具形状和尺寸，以确保超声波能够有效传递到待加工材料上。

- 超声波振动系统：选择合适的超声波振动系统，并确保其能够输出所需频率和幅度的振动。

超声波加工机床的结构设计与动力系统优化一、引言超声波加工机床是一种利用超声波振动进行加工的先进设备。

它具有精度高、效率高、能耗低等优点，因此在现代工业中得到了广泛应用。

本文将对超声波加工机床的结构设计与动力系统进行分析与优化，旨在进一步提高其加工质量和性能。

二、超声波加工机床的结构设计1. 传动系统设计超声波加工机床的传动系统是保证加工过程中能量传递和工具运动的关键部分。

采用传动系统可以将电机的转速转换为工作台或工具的运动速度。

传动系统的设计应保证其结构紧凑、刚性良好、传动效率高和稳定性强。

2. 悬挂系统设计超声波加工机床的悬挂系统用于支撑工具和工作台，使其在超声波振动下能够稳定运动。

悬挂系统应具备足够的刚性和稳定性，能够有效抵抗振动的影响。

同时，悬挂系统还应具备一定的调节能力，以适应不同加工任务的要求。

3. 结构刚度设计超声波加工机床在加工过程中需要承受较大的力和振动。

因此，其结构刚度设计至关重要。

合理的结构刚度设计可以提高加工精度，减小振动的影响，并降低设备的故障率和维修成本。

结构刚度设计需要考虑材料的选择、结构的合理性和加工工艺等因素。

三、超声波加工机床的动力系统优化1. 电机选择与匹配超声波加工机床的电机是动力系统的核心部分，对其性能和稳定性有重要影响。

电机的选择应根据加工机床的负载要求、工作条件和精度要求等因素进行选择。

同时，电机的匹配应保证其输出扭矩和速度与机床需求相匹配，以提高加工效率和精度。

2. 控制系统设计与优化超声波加工机床的控制系统对于保证加工过程的稳定性和精度至关重要。

控制系统应具备快速响应、精准调整和稳定运行的能力。

通过优化控制算法和调整控制参数，可以进一步提高加工机床的稳定性和控制精度。

3. 能源系统优化超声波加工机床的能源系统包括供电系统和能量转换系统两部分。

供电系统应能够稳定地为机床提供所需电能，以保证其正常运行。

能量转换系统应具备高效转换能量的能力，以提高能源利用率和机床的工作效率。

超声技术在集成电路晶圆制造设备中的应用研究随着科技的不断进步与发展，集成电路晶圆制造设备的技术也在不断革新与进化。

其中，超声技术作为一种非常重要的技术手段，广泛应用于集成电路晶圆制造设备中。

本文将探讨超声技术在该领域所涉及的相关应用，并讨论其在提高制造设备性能、改善产品质量和节省能源等方面的优势。

首先，超声技术在集成电路晶圆制造设备中的一个重要应用是晶圆清洗。

在集成电路的制造过程中，晶圆表面需要保持干净以确保电路的正常运行。

而采用传统的清洗方法（如喷洗、浸泡等）可能会对晶圆造成机械划伤或者水珠残留等问题。

而超声技术的应用则可以有效地解决这些问题。

通过在晶圆表面传播超声波，超声技术能够在微观尺度上剥离和清除晶圆表面的污染物，从而达到高效且非侵入性的清洁效果。

其次，超声技术还可以应用于晶圆检测和分析。

在集成电路制造过程中，晶圆的质量检测和分析是至关重要的环节。

传统的检测方法可能需要繁琐的操作步骤，并且无法达到高精度的检测效果。

而超声技术的应用可以实现对晶圆内部结构和缺陷的快速、精确的检测和分析。

通过超声波的传播和反射，可以获取到晶圆内部结构的信息，并且能够检测到微小的缺陷或裂纹等表面和内部的故障，帮助制造商及时排除问题，提高产品质量。

此外，超声技术还可以应用于晶圆切割和切割工具的监测。

在集成电路制造过程中，晶圆需要被切割成多个芯片。

传统的切割方法可能会导致切割不均匀、切割缺陷或刀具磨损等问题，从而影响晶圆的整体质量。

而超声技术的应用可以在切割过程中实时监测刀具的磨损情况，并根据监测结果调整切割参数，确保切割的均匀性和质量。

同时，超声技术还可以通过控制超声波的频率和振幅实现对切割过程的精确控制，提高切割的效率和一致性。

最后，超声技术在集成电路晶圆制造设备中的应用还可以节省能源。

传统的制造设备在晶圆加工过程中可能需要大量的能源供应，而超声技术的应用可以降低能源的使用量。

通过超声波的传播和反射，晶圆加工设备可以更加高效地利用能量，并且可以实现更低的加工温度和更短的加工时间。

超声振动精密磨削技术的发展1、引言随着科学技术的进步，金属间化合物、工程陶瓷、石英、光学玻璃等硬脆材料以及各种增韧、增强的新型复合材料因其高硬度、耐磨损、耐高温、化学稳定性好、耐腐蚀等优点在航空航天、国防科技、生物工程、计算机工程等尖端领域中的应用日益广泛；但由于这些材料的脆硬特性，传统加工方法已不能满足对这些材料零件的精密加工要求，，因此有关其精密超精密磨削加工技术便成为世界各国研究的热点。

超声振动精密磨削技术便是顺应这一需要而发展起来的技术之一。

超声振动磨削技术的基本原理为：由超声波发生器产生的高频电振荡信号（一般为16～25KHz）经超声换能器转换成超声频机械振动，超声振动振幅由变幅杆放大后驱动工具砂轮产生相应频率的振动，使刀具与工件之间形成周期性的切削。

即工具砂轮在旋转磨削的同时做高频振动。

超声加工技术的经历了从传统超声波加工到旋转超声波加工的发展阶段，旋转式超声加工是在传统超声加工的工具上叠加了一个旋转运动。

这种加工用水带走被去除的材料并冷却工具，不需要传统超声加工中的磨料悬浮液，因此，这种方法被广泛的运用于超声振动磨削加工中[6]。

2、超声振动磨削技术发展回顾1927 年，R.W.Wood 和 A.L.Loomis 就发表了有关超声波加工的论文，超声加工首次提出。

1945 年L.Balamuth 就申请了关于超声加工的专利。

20 世纪 50～60 年代日本学者隈部淳一郎发表了许多对振动切削进行系统研究的论文，提出了振动切削理论，并成功实现了振动磨削等加工 [8] 。

1960 年左右，英国 Hawell 原子能研究中心的科学家发明了新的超声磨削复合加工方法。

超声振动磨削加工在难加工材料和高精度零件的加工方面显示了很大的优越性。

1986 年日本学者石川健一受超声电机椭圆振动特性启发，首次提出了“椭圆振动切削方法”（elliptical vibration cutting）。

20 世纪 90 年代初，日本神户大学社本英二等人对超声椭圆振动切削技术进行了深入研究，其最具代表性的研究成果是利用金刚石刀具采用双激励双弯曲合成椭圆振动的方式对黑色金属淬火不锈钢进行精密车削，最小表面粗糙度可以达到 Ra0.0106um，不但解决了金刚石不能加工黑色金属的难题，而且使这项技术达到了实用化阶段。

USM1.定义USM（Ultrasonic Machining)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。

2.超声加工原理超声加工的基本装置主要由超声波发生器、换能振动系统、磨料供给系统、进给压力施加系统和工作台等部分组成。

超声波发生器的作用是将220V 或380V 的交流电转换成超声频电振荡信号；换能器的作用是将超声频电振荡信号转换为超声频机械振动；并借助于变幅杆把振幅扩大到0.05~0.1mm 左右（超声发生器产生的超声频振幅很小，仅0.005~0.01mm，一般情况下不能直接用于去除材料的加工），驱动工具作超声振动。

超声加工原理如图所示。

超声加工时，在工件和工具之间加入液体（水或煤油）和磨料混合的悬浮液，并使工具以很小的力F轻轻压在工件上。

超声波发生的超声频振荡，通过换能器转换成16000Hz以上的超声频纵向振动，并借助于变幅杆把振幅放大到0.05~0.1mm左右。

变幅杆驱动工具作超声振动，并以工具端面迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度不断撞击和研磨工件表面，把工件加工区域内的材料破碎成很细的微粒并打击下来。

虽然每次打击下来的材料很少，但由于每秒钟打击次数多达16000次以上，所以仍有一定的加工速度。

与此同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频、交变的液压正负冲击波和“空化”作用，促使工作液钻入被加工材料的微裂缝处，加剧了机械破坏作用。

所谓空化作用，是指当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液体内形成许多微空腔，当工件端面以很大的加速度接近工件表面时，空泡闭合，引起极强的液压冲击波，可以强化加工过程。

超声冲击消除残余应力分析超声冲击消除残余应力技术是一种非热处理去除零部件表面残余应力的方法，它通过将高能量的冲击波传导到零部件表面，改变其表面晶格结构，从而消除残余应力，提高零部件的疲劳寿命和耐久性。

本文将对超声冲击消除残余应力的原理和应用进行详细分析。

一、超声冲击消除残余应力的原理在传统的金属材料加工过程中，由于加工而产生的残余应力会导致零部件表面发生微小的变形和裂痕，降低零部件的疲劳寿命和耐久性。

超声冲击消除残余应力技术通过在零件表面施加高能量的冲击波，使其原子结构重新排列，摆脱残余应力，提高零部件的强度和耐用性。

超声冲击消除残余应力的原理是基于超声波的物理效应。

超声波是指频率在20kHz以上的波，其能量较高，能够在金属材料中形成一个压力波。

当超声波穿过材料时，它会产生相互作用，产生一个局部的应力波，促使原子重新排列。

此时，当局部的应力波达到超声幅值的临界值时，原子结构发生重组，从而消除残余应力。

二、超声冲击消除残余应力的应用超声冲击消除残余应力技术广泛应用于航空、航天、军工、汽车、电子等行业中的高精度零部件制造。

其主要作用是消除零部件表面的残余应力，提高零部件的强度和耐久性，从而延长零部件的使用寿命。

在零部件制造中，超声冲击消除残余应力技术的应用范围非常广泛。

它可以用来消除各种类型的残余应力，例如焊接、锻造、冷加工、热处理等过程中形成的残余应力。

此外，在一些特殊的应用中，例如激光切割、折弯等过程中容易产生残余应力，超声冲击消除残余应力技术也可以发挥作用。

三、超声冲击消除残余应力技术的优势与传统的热处理技术相比，超声冲击消除残余应力技术优势非常明显。

它不需要加热，不会像传统的热处理过程中那样产生新的变形，也不会导致零部件尺寸变化。

此外，超声冲击消除残余应力技术可以在较短的时间内完成，从而节省了生产时间和成本。

此外，超声冲击消除残余应力技术具有高度可控性和重现性。

它可以通过调整超声波的频率、幅值等参数来实现不同程度的消除残余应力。

超声波金属表面光整--以车代磨技术--镜面加工新技术超声波表面光整加工介绍一.概述超声波是一项新的应用技术，由于其独特的作用机理，被应用于许多领域。

超声加工起源于50年代初，目前应用比较多的包括超声清洗、超声（塑料）焊接、超声钻孔等，超声车削、超声磨削、超声光整、复合加工等多处于研究阶段，还没有大量应用于生产。

超声波表面光整加工是这样一种先进应用技术。

其机理是通过高频振动的硬质滚轮作用于待加工金属工件表面，使工件表层金属产生塑性变形，在塑性变形的过程中，产生了冷作硬化，达到了改善表面质量的目的。

这种表面质量的改善是综合的，既有硬度的提高，又有表面粗糙度降低，同时也弥合了一些微观裂纹，提高了工件的疲劳强度。

与传统的砂纸抛光、压光、磨削相比，超声波表面加工具有很多优点：1.作用力大幅度降低在静压力等于传统压光静压力四分之一的情况下，其显微硬度相2.加工区温度大幅度降低由于改变了加工方式，滚轮与工件的接触为断续捶击，大大减小了相互间的摩擦，温度也相应的降低，杜绝了因温度过高造成的表面缺陷。

3.大幅度降低表面粗糙度Ra值表面粗糙度可以提高三级以上，最高可达Ra0.02以下。

4.不产生切屑5.提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性以及抗疲劳强度由于超声波表面光整加工是压缩型塑性变形，工件表面产生一定的残余压应力，同时表面硬度提高50%以上，疲劳强度可提高近几倍。

6.节约设备成本超声波表面光整加工可直接代替砂光和磨削，在普通车床上即可进行光整加工，因此大大节约了购置设备的费用，尤其对大型和超大型工件，效果更为明显。

7. 生产效率高例如在普通车床上加工外圆表面，工件线速度70m/S，走刀量为0.05-0.15mm/r，其效率相当于精车。

二.系统构成本系统由超声波系统、工具头和其他一些附件构成。

工具头可以安装到普通机床（如车床）上对工件进行加工而不需对设备作任何改变，对于一些特殊的加工项目也可以开发相应的工艺装备以便于加工。