特种加工论文 浅析超声加工.doc

目录1前言22超声波及其特性221超声波的定义222超声波的特性23超声加工331超声加工的基本原理332超声加工的特点433超声加工设备44超声加工的应用541型孔型腔加工542切割加工543复合加工544超声清洗6441超声清洗的原理6442超声清洗的特点65结论7参考文献7超声加工作者指导教师摘要传统的机械加工已有很久的历史它对人类生产和物质文明起到了极大的作用随着生产发展和科学实验的需要很多工业部门尤其是国防工业部门要求尖端科学技术向着高精度高温高压大功率小型化等方向发展因此特种加工作为一个时代强音等上舞台它就具备了上述特点本文就对特种加工A里的超声加工进行了系统性的介绍展现了超声加工的强大优势和发展潜力关键词超声波超声加工超声加工的应用前言超声加工UltrasonicMachiningUSM有时候也称超声波加工是特种加工的一种有些特种加工像电火花加工和电化学加工都只能加工金属导电材料不易加工不导电的非金属材料然而超声加工不仅能加工硬质合金淬火刚等硬脆金属材料而且更适合于加工玻璃陶瓷半导体锗和硅片等不导电的非金属脆硬材料同时还可以用于清洗焊接和探伤等超声波及其特性21超声波的定义声波是人耳能感受的一种纵波它的频率在1616000Hz范围内当频率超过16000Hz超出一般人耳听觉范围就称为超声波22超声波的特性超声波和声波一样可以在气体液体和固体介质中纵向传播它主要具有下列特性1超声波能传递很强的能量超声波的作用主要是对其传播方向上的障碍物施加压力声压因此有时可用这个压力的大小来表示超声波的强度传播的波动能量越强则压力也越大2当超声波经过液体介质传播时将以极高的频率压迫液体质点振动在液体介质中连续地形成压缩和稀疏区域由于液体基本上不可压缩由此产生压力正负交变的液压冲击和空化现象由于这一过程时间极短液体空腔闭合压力可达几十个大气压并产生巨大的液压冲击这一交变的脉冲压力作用在邻近的零件表面上会使其破坏引起固体物质分散破碎等效应3超声波通过不同介质时在界面上发生波速突变产生波的反射和折射现象能量反射的大小决定于这两种极致的波阻抗4超声波在一定条件下会产生波的干涉和共振现象超声加工超声加工是利用超声振动的工具带动工件和工具间的磨料悬浮液冲击和抛磨工件的被加工部位使其局部材料被蚀除而成粉末以进行穿孔切割和研磨等以及利用超声波振动使工件相互结合的加工方法31超声加工的基本原理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方法原理如图31所示在工具和工件之间加入液体水或煤油等和磨料混合悬浮液并使工具以很小的力F轻轻压在工件上超声换能器产生16000Hz以上的超声频纵向振动并借助于变幅杆把振幅放大到00501mm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地撞击抛磨被加工表面把被加工图31表面的材料粉碎成很细的微粒从工件上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的次数多达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细微裂缝处加剧了机械破坏作用既然超声加工是基于局部撞击作用因此就不难理解越是脆硬的材料受撞击作用所受破坏就越大越易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32超声加工的特点基于它的工作原理超声加工主要有一下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表面粗糙度好因而可加工薄壁窄缝薄片工件3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4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5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33超声加工设备各种超声加工的设备虽然功率大小和结构形状有所不同但其组成部分基本相同一般包括超声发生器超声振动系统机床本体和磨料工作液循环系统超声发生器超声波发生器通常称为超声波电箱超声波发生源超声波电源它的作用是把我们的市电220V或380V50或60Hz转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号从放大电路形式可以采用线性放大电路和开关电源电路大功率超声波电源从转换效率方面考虑一般采用开关电源的电路形式线性电源也有它特有的应用范围它的优点是可以不严格要求电路匹配允许工作频率连续快速变化声学部件声学部件的作用是把高频电能转变为机械能使工具端面作高频率小振幅振动以进行加工它是超声波加工机床中很重要的部件主要由换能器变幅杆振幅扩大棒及工具组成超声加工的应用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41型孔型腔加工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42切割加工用普通机械加工切割脆硬的半导体材料是很困难的采用超声切割则较为有效超声波切割具有切口光滑牢靠切边准确不会变形不翘边起毛抽丝皱折等优点43复合加工将超声加工与其他加工工艺组合起来的加工模式称为超声复合加工超声复合加工强化了原加工过程使加工的速度明显提高加工质量也得到不同程度的改善实现了低耗高效的目标它主要有超声电解复合加工超声电火花复合加工超声抛光及电解超声复合抛光在长远的将来都有非常大的发展潜力44超声清洗超声清洗是利用超声波在液体中的空化作用加速度作用及直进流作用对液体和污物直接间接的作用使污物层被分散乳化剥离而达到清洗目的目前所用的超声波清洗机中空化作用和直进流作用应用得更多441超声清洗的原理由超声波发生器发出的高频振荡信号通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质4545清洗溶剂中超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射使液体流动而产生数以万计的直径为50500um的微小气泡存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成生长而在正压区当声压达到一定值时气泡迅速增大然后突然闭合并在气泡闭合时产生冲击波在其周围产生上千个大气压破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中当团体粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面是油被乳化固体粒子及脱离从而达到清洗件净化的目的在这种被称之为空化效应的过程中气泡闭合可形成几百度的高温和超过1000个气压的瞬间高压连续不断地产生瞬间高压就象一连串小爆炸不断地冲击物件表面使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落从而达到物件表面清洗净化的目的442超声清洗的特点1清洗效果好清洁度高且全部工件清洁度一致2清洗速度快提高生产效率不须人手接触清洗液安全可靠3对深孔细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净4对工件表面无损伤节省溶剂热能工作场地和人工等结论超声加工技术的发展及其取得的应用成果是可喜的一方面材料加工的客观需要推动和促进了超声加工技术的发展另一方面超声加工技术提供的强有力加工手段又促进了新材料的发展材料加工中的很多课题需要我们共同往探讨展看未来超声加工技术的发展远景是美好的参考文献参考文献的著录格式如下顶格连续编号宋体五号单倍行距请注意标点符号连续出版刊物标引序号作者文题J刊名年卷期起止页码专著标引序号作者书名M出版地出版者出版年起止页码译著标引序号作者书名M译者出版地出版者出版年起止页码论文集标引序号作者文题A编者文集C出版地出版者出版年起止页码学位论文标引序号作者文题D所在城市保存单位年份专利标引序号申请者专利名P国名及专利号发布日期技术标准标引序号技术标准代号技术标准名称S技术报告标引序号作者文题R报告代码及编号地名责任单位年份报纸文章标引序号作者文题N报纸名出版日期版次在线文献电子公告标引序号作者文题EBOLhttp日期光盘文献数据库标引序号作者文题DBCD出版地出版者出版年注作者不超过3人的全部写出超过3人的只写前3名后加等或etal英美德俄等国人名书写时应姓前名后名用缩写中国人名不用缩写