超聲加工是利用作超聲頻小振幅振動(dòng)的工具﹐并通過(guò)它與工件之間游離于液體中的磨料對(duì)被加工表面的捶擊作用﹐使工件材料表面逐步破碎的特種加工﹐英文簡(jiǎn)稱(chēng)為USM。超聲加工可用于穿孔﹑切割﹑焊接(見(jiàn)超聲波焊)﹑套料和拋光。
簡(jiǎn)史
1927年美國(guó)物理學(xué)家R.W.伍德和A.L.盧米斯最早作了超聲加工試驗(yàn)﹐利用強(qiáng)烈的超聲振動(dòng)對(duì)玻璃板進(jìn)行雕刻和快速鉆孔﹐但當(dāng)時(shí)并未應(yīng)用在工業(yè)上。1951年﹐美國(guó)的A.S.科恩制成第一臺(tái)實(shí)用的超聲加工機(jī)。50年代中期﹐日本﹑蘇聯(lián)將超聲加工與電加工(如電火花加工和電解加工等)﹑切削加工(如磨削和車(chē)削等)結(jié)合起來(lái)﹐開(kāi)辟了復(fù)合加工的領(lǐng)域。這種復(fù)合加工的方法能改善電加工或金屬切削加工的條件﹐提高加工效率和質(zhì)量。1964年﹐英國(guó)又提出使用燒結(jié)或電鍍金剛石工具的超聲旋轉(zhuǎn)加工的方法﹐克服了一般超聲加工深孔時(shí)加工速度低和精度差的缺點(diǎn)。
加工原理
由超聲發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電振蕩(頻率一般為16～25千赫﹐焊接頻率可更高)施加于超聲換能器上﹐將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲頻振動(dòng)。超聲振動(dòng)通過(guò)變幅桿放大振幅(雙振幅為20～80微米)﹐并驅(qū)動(dòng)以一定靜壓力壓在工件表面上的工具產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動(dòng)。工具端部通過(guò)磨料不斷地捶擊工件﹐使加工區(qū)的工件材料粉碎成很細(xì)的微粒﹐為循環(huán)的磨料懸浮液帶走﹐工具便逐漸進(jìn)入到工件中﹐加工出與工具相應(yīng)的形狀。
特點(diǎn)和應(yīng)用
超聲加工的主要特點(diǎn)是：①不受材料是否導(dǎo)電的限制。②工具對(duì)工件的宏觀作用力小﹑熱影響小﹐因而可加工薄壁﹑窄縫和薄片工件。③被加工材料的脆性越大越容易加工﹔④材料越硬或強(qiáng)度﹑韌性越大則越難加工。由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用﹐磨料的硬度應(yīng)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可以與其它多種加工方法結(jié)合應(yīng)用﹐如超聲振動(dòng)切削﹑超聲電火花加工和超聲電解加工等。
超聲加工主要用于各種硬脆材料﹐如玻璃﹑石英﹑陶瓷﹑硅﹑鍺﹑鐵氧體﹑寶石和玉器等的打孔(包括圓孔﹑異形孔和彎曲孔等)﹑切割﹑開(kāi)槽﹑套料﹑雕刻﹑成批小型零件去毛刺﹑模具表面拋光和砂輪修整等方面。超聲打孔的孔徑范圍是0.1～90毫米﹐加工深度可達(dá)100毫米以上﹐孔的尺寸精度可達(dá)0.02～0.05毫米。表面粗糙度在采用W40碳化硼磨料加工玻璃時(shí)可達(dá)R 1.25～0.63微米﹐加工硬質(zhì)合金時(shí)可達(dá)R 0.63～0.32微米。
超聲加工機(jī)
由電源(即超聲發(fā)生器)﹑振動(dòng)系統(tǒng)(包括超聲換能器和變幅桿)和機(jī)床本體3部分組成。超聲發(fā)生器將50赫的交流電轉(zhuǎn)換為超聲頻電功率輸出﹐功率由數(shù)瓦至數(shù)千瓦﹐最大可達(dá)10千瓦。通常使用的超聲換能器有磁致伸縮的和電致伸縮的兩類(lèi)。磁致伸縮換能器又有金屬的和鐵氧體的兩種﹐金屬的通常用于千瓦以上的大功率超聲加工機(jī)﹔鐵氧體的通常用于千瓦以下的小功率超聲加工機(jī)。電致伸縮換能器用壓電陶瓷制成﹐主要用于小功率超聲加工機(jī)。變幅桿起著放大振幅和聚能的作用﹐按截面積變化規(guī)律有錐形﹑指數(shù)曲線(xiàn)形﹑懸鏈線(xiàn)形﹑階梯形等。機(jī)床本體一般有立式和臥式兩種類(lèi)型﹐超聲振動(dòng)系統(tǒng)則相應(yīng)地垂直放置和水平放置。
