超声振动切削的优势特点及应用范围

探讨超声在材料中的作用和效应超声是一种机械波，具有频率高、能量密度大的特点，因此在材料科学中有着广泛的应用。

本文将从超声在材料加工、动态力学、材料分析等方面的作用和效应进行探讨。

一、超声在材料加工中的应用超声在材料加工中有着广泛的应用。

其作用主要通过超声振动产生的机械力传导到材料表面或内部，从而实现材料加工的目的。

超声在材料加工中常用的应用包括：超声焊接、超声切割、超声磨削等。

超声焊接是指利用超声振动产生的摩擦热将两个金属接头加热，再施加一定的压力使其联接成一体的加工工艺。

超声焊接相比传统的焊接方法，具有加热速度快、热影响区小、保持材料本身性能等优点。

超声切割是指利用超声振动产生的机械力作用于锋利的锯片或刀具，实现材料的切割。

超声切割相比传统的机械切割方法，具有切割精度高、切割质量好、切割速度快等优点。

超声磨削是指利用超声振动产生的机械力使砂轮或磨削液中的磨料产生高频、微小的振动运动，从而实现对材料的磨削加工。

超声磨削相比传统的磨削方法，具有磨削表面质量好、磨削效率高、磨削难度大的材料容易加工等优点。

二、超声在动态力学中的应用超声在动态力学中的应用主要表现在材料力学性能的表征和研究方面。

通过超声传播的速度、频率和衰减等特性，可以获得材料的弹性模量、剪切模量、泊松比、气孔率等物理参数信息。

超声在材料动态力学中的应用包括：超声测压、超声弹性常数测试、超声散射、超声损耗等。

其中最常见的是超声测压和超声弹性常数测试。

超声测压是指利用超声波在材料中传播的速度和频率与材料的应力和压力相关联，从而实现对材料内部应力和压力的非破坏性检测。

超声测压广泛应用于金属材料、混凝土材料等领域的结构健康监测和质量检测。

超声弹性常数测试是指利用超声波在材料中传播的特性和材料的力学性质相关联，从而实现对材料弹性常数的测量。

通过超声弹性常数测试，可以获得材料的弹性模量、剪切模量、泊松比等力学参数，提高材料性能的研究和开发的效率。

摘要旋转超声加工中刀具以一定超声频振动的同时还作相对于工件的旋转。

刀具通常用低碳钢作为基体，表面涂覆或者烧结一层金刚石磨粒。

因此转超声加工是一种结合了传统超声加工去除材料机理和金刚石磨抛作用的一种复合加工方法。

与超声加工相比，旋转超声加工能够提供高的多的材料去除率，能加工更深的孔，及得到更高的加工精度，因此也得到了更为广泛的运用。

若与数控技术相结合就可以用于进行硬脆材料的的成型加工。

实践证明它是一种加工硬脆材料，如陶瓷、玻璃和岩石的有效方法。

超声加工装置由超声波发生器，换能器和变幅杆组成。

而旋转超声加工装置则需要进一步考虑如何实现旋转。

本文在分析原有的超声加工装置的基础上，提出了一种新型的旋转超声加工装置，它可应用与数控机床与铣床上，并可实现主轴头的摆转，可以方便的加工斜面与斜孔。

关键词：旋转超声加工，加工装置，主轴摆转AbstractRotary ultrasonic machining superimpose rotational movement on the tool head that vibrates simultaneously at ultrasonic freqency .The tool is made of mild steel coated or bonded with diamond abrasive.so is a hybrid machining process which combines the material removal mechanisms of conventional ultrasonicmachining and diamond pared with ultrasonic machining ,it can provide a much high material removol,deep holes,and fine precision,which leads to its further application. And it has been proved to be a promising and cost-effective machining method or hard and brittle materials, such as engineering ceramic, glass, stone,.Ultrasonic machining equipment consists of ultrasonic generator，transducer and horn．Rotary ultrasonic machining need to consider how to realize the rotate of the device.In this paper ,I analyse the device which have be designed,and put forward a newt vibrating system of rotary ultrasonic machiningequipment.It can be assembled on the numerical control machine， vertical milling machine. And it also can realize the wiggle of the device,in order to machine inclined hole and face conveniently.KEY WORDS：rotary ultrasonic machining process device spindle swinging目录第1章绪论51.1超声加工的提出及其分类51.2超声振动装置及机床的研制进展61.3选题的目的、意义及工作任务91.3.1选题的目的、意义91.3.2课题主要工作内容及任务111.1本章小结12第2章旋转超声加工装置的总体设计132.1超声波加工原理及其特性132.2旋转超声加工的基本原理152.2.1 超声振动的捶击作用152.2.2 金刚石工具的磨抛作用162.2.3 超声空化作用162.2.4液压冲击和旋转运动促进了碎屑的排出162.3旋转超声振动加工装置的主要组成172.3.1 超声波发生器172.3.2超声换能器192.3.3超声变幅杆202.4 各组成部分的连接与固定222.4.1变幅杆和换能器的连接222.4.2变幅杆的固定232.4.3超声波发生器与超声振动系统的连接232.5旋转超声振动系统的设计232.5.1对已有的超声加工装置进行分析242.5.2旋转超声加工机构装置结构上的实现方法272.5.3 旋转超声加工装置的整体结构的初步设计273.6本章总结28第3章旋转超声加工装置细节性设计计算293.1已知条件：293.2超声换能器设计293.2.1压电陶瓷片的设计293.2.2前后盖板的选材303.2.3夹心式换能器计算313.3变幅杆设计323.3.1 变幅杆的材料323.3.2变幅杆参数设计333.3.3连接及定位方式设计383.4内外桶，端盖及密封装置设计393.4.1 内外筒设计393.4.2端盖及密封装置的设计393.4.3 法兰盘设计393.5主轴的设计403.6主轴头摆转功能实现的设计41 致谢42参考文献:431．绪论1.1超声加工的提出及其分类随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是宇航、国防工业部要求产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展，所用的材料愈来愈难加工，如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬硬钢、金刚石、宝石、石英以及钨、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工；工件形状愈来愈复杂，精度、表面租糙度和某些特殊要求也愈来愈高。

超声波切割刀原理
超声波切割刀是利用超声波振荡波的高频振动冲击作用，达到切割材料的目的。

超声波切割刀由振盘、转换器、增强器和刀具组成。

超声波切割刀的原理是将交变电压信号传送到振盘上，振盘会因谐振产生固有频率的振动，把机械振动能量传递给转换器，再转换成高频振荡波。

经过增强器的放大，最终通过刀具的角度调整和材料之间的接触面，将能量释放到切割部位。

超声波切割刀的优点是可精确控制切割线路。

传统的机械切割方式容易产生失误和浪费，而超声波切割刀不仅可以达到精确的切割效果，还能减少材料的浪费和污染。

超声波切割刀的切割速度和效率高。

由于超声波振动产生的能量大，一次性可以切割多个材料。

而且，它可以轻松切割各种类型的材料，包括塑料、橡胶、纸、织物、食品等。

超声波切割刀没有热变形。

由于切割是通过冲击力完成的，不会产生热能，因此不会导致材料局部变形。

这对于需要保持材料精度的行业如医疗、精密机械、刀具等至关重要。

超声波切割刀是一种高效的切割工具，其原理和应用已被广泛应用于各个行业，如医疗、汽车、电子和纺织等高精度和高效率的制造领域。

超声波切割机工作原理超声波切割机是一种利用超声波振动原理进行切割的设备。

它利用超声波的高频振动产生的能量，将切割刀具传递给被切割物体，从而实现高精度、高效率的切割作业。

超声波切割机主要由发生器、换能器、切割刀具和控制系统组成。

下面将详细介绍每个部分的工作原理。

1. 发生器：发生器是超声波切割机的核心部件，它能够将电能转化为超声波振动能。

发生器通过电路将交流电能转化为高频电能，并将其传送给换能器。

2. 换能器：换能器是将发生器输出的高频电能转化为机械振动能的装置。

它由压电陶瓷和金属块组成。

当发生器输出高频电能时，压电陶瓷会产生压电效应，使其振动。

振动的压电陶瓷会传递给金属块，从而产生机械振动。

这种机械振动就是超声波振动，其频率通常在20kHz到40kHz之间。

3. 切割刀具：切割刀具是超声波切割机的切割工具，它由振动刀片和固定刀片组成。

振动刀片通过换能器传递的超声波振动能，将其转化为切割能量。

固定刀片则用于夹持被切割物体，使其与振动刀片接触。

4. 控制系统：控制系统是超声波切割机的智能化部分，它通过对发生器和换能器的控制，实现对切割过程的调节和监控。

控制系统可以根据切割物体的性质和要求，调整超声波的频率、振幅和切割速度等参数，以达到最佳的切割效果。

超声波切割机的工作原理可以总结为以下几个步骤：1. 发生器产生高频电能，并传送给换能器。

2. 换能器将高频电能转化为超声波振动能，并传递给振动刀片。

3. 振动刀片通过与固定刀片接触，将超声波振动能转化为切割能量。

4. 切割能量将被切割物体切割或分离。

5. 控制系统对切割过程进行监控和调节，以实现最佳的切割效果。

超声波切割机具有以下优点：1. 高精度：超声波振动频率高，切割精度可达到微米级别。

2. 高效率：超声波切割速度快，可以大幅提高切割效率。

3. 无热变形：超声波切割过程中，切割区域几乎不会受到热影响，避免了热变形问题。

4. 适用范围广：超声波切割机适用于各种硬度和脆性材料的切割，如金属、塑料、陶瓷等。

超声波切割刀原理
超声波切割刀是一种利用超声波振动来实现切割的设备。

其原理是利用高频振动产生的机械波能够聚焦到刀刃上，形成高能密度区域，从而实现对各种材料的切割。

超声波切割刀主要由发生器、换能器、振动系统、夹具、切割刀等组成。

发生器将电能转化为高频电信号，通过换能器将电信号转化为高频机械振动，振动传到切割刀上，使其在切割时产生高能密度区域。

超声波切割刀的切割效果非常优异，可用于各种材料的切割，如金属、陶瓷、玻璃、塑料等。

同时，超声波切割刀具有精度高、效率高、对材料无损伤等优点，广泛应用于医疗、电子、机械等行业。

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超声磨削加工原理超声磨削加工就像是一个神奇的魔法，能把那些坚硬的材料变得服服帖帖。

想象一下，普通的磨削加工就像是用一把普通的刀去砍一块大石头，费劲不说，效果还不一定好。

但是超声磨削加工就不一样啦，它就像是给这把刀加上了超级力量，让加工变得轻松又高效。

那超声磨削加工到底是怎么做到的呢？其实啊，它靠的就是超声振动这个小能手。

在加工的时候，会有一个超声振动系统产生高频的振动。

这振动可厉害了，它能让磨削工具在极小的范围内快速地来回运动。

就好像磨削工具在跳着超级快的舞蹈，不停地冲击和摩擦被加工的材料。

这种高频振动带来的好处可多啦！它能减小磨削力。

你想想，原本材料和磨削工具之间紧紧地“对抗”着，现在有了振动帮忙，它们之间的摩擦力就减小了，加工起来自然就更轻松啦。

而且啊，这振动还能让磨削过程中的温度降低。

要知道，温度太高可是会影响加工质量的。

有了超声振动，就像是给加工过程吹了一阵凉风，让一切都保持在一个舒适的状态。

还有哦，超声磨削加工能让加工精度大大提高。

因为振动让磨削工具和材料之间的接触更加均匀和细腻，就好像是在精心雕琢一件艺术品一样，每一个细节都能处理得恰到好处。

所以啊，用超声磨削加工出来的零件，那质量可是杠杠的！另外，超声磨削加工对于那些特别难加工的材料，比如硬脆材料，那简直就是救星。

这些材料平时可顽固了，普通加工方法拿它们没办法。

但是超声磨削加工一出手，就能轻松突破难关，把它们加工成我们想要的样子。

你可能会问，那超声磨削加工是不是很难实现啊？其实并不是啦！虽然它听起来很高级，但原理理解起来并不复杂。

只要有合适的设备和技术，就能让这个神奇的加工方法为我们服务。