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机械工艺和技术----超声加工
  发布时间:2005-11-14 11:06:44 阅读次数:
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    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。

    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。

    二十世纪50年代中期,日本、苏联将超声加工与电加工(如电火花加工和电解加工等)、切削加工结合起来,开辟了复合加工的领域。这种复合加工的方法能改善电加工或金属切削加工的条件,提高加工效率和质量。1964年,英国又提出使用烧结或电镀金刚石工具的超声旋转加工的方法,克服了一般超声加工深孔时,加工速度低和精度差的缺点。

    超声加工的工作原理是:由超声发生器产生高频电振荡(一般为16~25千赫),施加于超声换能器上,将高频电振荡转换成超声频振动。超声振动通过变幅杆放大振幅,并驱动以一定的静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。工具端部通过磨料不断地捶击工件,使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒,被循环的磨料悬浮液带走,工具便逐渐进入到工件中,从而加工出与工具相应的形状。

    超声加工的主要特点是:不受材料是否导电的限制;工具对工件的宏观作用力孝热影响小,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、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。

 
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