超声加工技术的概况及其未来发展趋势分析

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1、超声加工技术的概况及其未来发展趋势分析梁玉鑫材料科学与工程学院，1309101班，1130910113摘要：结合了近年來超声加工技术的发展情况，综述了超声振动系统的研究发展和超声加工技术在深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、难加工材料的加工、超声振动切削、超声复介加工等方而的最新应用，并阐述了超声加工技术的发展趋势。关键词：超声加匸；超声振动系统；超声复介加丁；微细超声加工；超声振动切超声加工是利用超声振动工具在冇磨料的液体介质中或干赫料屮产生磨料的冲击、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

2、法。儿十年來，超声加工技术的发展迅速，在超芦振动系统、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。一、超声振动系统的研究概况及其应用超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是超声设备的核心部分。在传统应用中，超声振动系统大都采用一维纵向振动方式，并按“全调谐”方式工作。但近年來，随着超声技术基础研究的进展和在不同领域实际应丿IJ的特殊需要，对振动系统的工作方式和设计计算、振动方式及其应川研究都取得了新的进展。H木研究成功一种半波长弯曲振动系统，其切削刀具安装在半波长换能振动系统细端

3、,该振动系统换能器的压电陶瓷片采用半圆形，上卜•各两片，组成上下两个半圆形压电换能器（压电振了），其特点是小型化，结构简单，刚性增强。东南大学研制了种新型超声振动切削系统。该系统采用压电换能器，由超声波发生器、匹配电路、级联压电品体、谐振刀杆、支承调节机构及刀具等部分组成。当发生器输出超声电压时，它将使级联晶体产牛超声机械伸缩,直接驱动谐振刀杆实现超声振动。该装置的特点是：能量传递环节少，能量泄漏减小，机电转换效率高达90%左右，而且结构简单、体积小，便于操作。沈阳航空工业学院建立了锐孔用超声扭转振动系统［1］，采川磁致伸缩换能器,将超声波发牛•器在扭转变幅杆的切向作纵向振动吋在扭振变幅杆

4、的小端就输出沿圆周方向的扭转振动，纟堂刀与扭振变幅杆Z间采用莫氏锥及螺纹连接，输出功率小于500W,频率为16〜23kHz,具有频率自动跟踪性能。西北丄业大学设计了一种可在内圆磨床上加工硬脆材料的超声振动磨削装置。该装置由超声振动系统、冷却循环系统、磨床连接系统和超声波发生器等组成，其超声换能器采用纵向复合式换能器结构，冷却循环系统中使川磨削液作为冷却液；磨床连接系统由辅助支承、制动机构和内圆磨床连接杆等组成。该磨削装置工具头旋转精度由内鬪懒床主轴精度保证，结构比专用超声波磨床的主轴系统要简单得多，因此成本低廉，适合于在生产中应用。另一种超声扭转振动系统已在“加工屮心”用超声扭转振动装置上

5、应用。主要用作电火花加工后的模具异形（如三角形、多边形）孔和槽底部尖角研磨抛光，以及非导电材料异形孔加工。该振动系统的换能器是采用按圆周方向极化的8块扇形压电陶瓷片构成，产生扭转振动。二、超声加工技术应用研究众所周知，在相同的要求及加工条件下，加工孔比加工轴要复杂得多。一般來说，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，产主积屑瘤，使排屑困难，切削力增大等。其结呆是加工效率、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

6、上述问题。前苏联在20世纪60年代就牛产出带磨料的超声波钻孔机床。在美国，利用工具旋转同时作轴向振动进行孔加工已取得了较好的效果。LI木已经制成新型UMT-7三坐标数控超声旋转加工机，功率450W,T.作频率20kHz,可在玻璃上加工孔径1.6mm、深150nun的深小孔，其圆度町达().005mm,圆柱度为0.02mm。英国申请了电火花超声复合穿孔的专利，该装宜主耍用于加工在导电基上有非导电层的零件，如在金属基上涂冇压电陶瓷层的零件。整个加工过程分两个阶段进行：首先用超声振动将非导电层去除掉，当传感器感知金属层出现时，即改用电加工或电火花与超声复合的方法进行加工。该装置有效地解决了具冇导

7、电层和非导电层零件孔的加工问题。哈尔滨工业大学研究了Ti合金深小孔的超声电火花复合加工。该工艺将超声振动引入到精密电火花加工小，通过研究超声振动对电火花精加工过程的影响，开发出了一种将超声和电火花结合在一起的新型4轴电火花加工装置。实验研究表明，应用该装置可以在Ti合金上加工出4)>0.2mmsK深径比<15的深小孔。兵器工业五二研究所研究了陶瓷深孔梢密高效加工的新方法——超声振动磨削,进行了超声振动磨削和普通磨削陶瓷深