模具加工技术第5章.ppt

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1、§5.1超声波加工一.超声波加工基本原理和特点1.超声波加工的基本原理（波的传播）（超声加工原理）超声波加工是利用工具端面的超声振动（16000~25000Hz），带动工件与工具间的磨料悬浮液冲击和抛磨工件的被加工部位以及工作液的“空化”作用来加工脆硬材料的一种方法。2.超声波加工的特点1）适合加工各种脆硬材料，尤其是不导电的非金属材料。如陶瓷、玻璃、石英等，硬质合金、淬火钢也能加工，但加工效率低。2）超声波加工机床的结构比较简单，操作、维护方便。加工工具加工方便，工具和工件间的相对运动比较简单。3）可以加工薄壁、窄槽、低刚度

2、零件。工件表面宏观切削力小。4）加工精度高，表面质量好。切削应力和切削热很小，不会引起变形和烧伤。加工精度：0.01~0.02mm表面粗糙度：Ra=(0.1~1)μm二.超声波加工设备组成及其作用1.超声发生器（超声电源）作用：将工频交流电转变为有一定功率输出的超声频振荡电流，以提供工具端面往复振动和去除被加工材料的能量。2.超声振动系统作用：把高频电能转换为机械能，使工具端面作高频率、小振幅的振动以进行加工。超声振动系统包括：换能器、变幅杆和工具。1）换能器：将高频电振荡转换成机械振动（1）压电效应超声换能器：利用石英晶体、

3、钛酸钡等材料的压电效应将超声电振荡转换成机械振动。主要用于超声清洗、探测和小功率的超声波加工。（2）磁致伸缩效应超声换能器：利用铁、钴、镍及其合金等材料的磁致伸缩效应将超声电振荡转换成机械振动。比压电式换能器具有较高的机械强度和较大的输出功率，常用于中、大功率超声加工。2）变幅杆（振幅扩大棒）：扩大换能器机械振动的振幅。换能器变形量：0.005~0.01mm超声加工需要的振幅：0.01~0.1mm（1）振幅放大原理：波在变幅杆中进行能量传递，通过每一截面的振动能量不变，截面小的地方能量密度变大，而能量密度正比于振幅的平方。即：

4、式中：J—能量密度A—振动振幅k—系数，k=ρcw2ρ—弹性介质密度c—弹性介质的波速w—圆频率，w=2πf（2）变幅杆结构形式（3）变幅杆的长度：等于超声振动波的半波长或其整数倍。使变幅杆固有振动频率与外激振频率相等，处于共振状态，以获得较大的振幅。3）工具：（1）工具形状：决定于被加工表面形状。（2）工具尺寸：Dt=D-2d0式中：D—加工孔径d0—磨料磨粒的平均直径（3）工具材料：45、铜、竹片、木材等3.机床本体：1）工作头：支撑声学部件2）加压机械及工作进给机构3）工作台及其位置调整机构4.工作液及其循环系统和换能器

5、冷却系统三.超声波加工在塑料模具加工中的应用超声加工主要用于玻璃、石英、锗、硅等脆硬材料。在塑料模具中，主要用于超声波抛光。1.超声抛光工具为减小超声振动在传递过程中的损耗和便于操作，抛光工具直接固定在变幅杆上，变幅杆和换能器设计成手持式工具杆的形式，并通过弹性软轴与超声波发生器相连接。1）固定磨料抛光工具固定磨料抛光工具选用不同材质和粒度的磨料制成成型磨具。对应各种不同形状的模具，抛光工具有三角、平面、圆、弧形等几种基本形状。其特点为硬度大，生产效率高。工具常用材料：烧结金刚石油石、电镀金刚石锉刀、烧结钢玉油石、细颗粒混合油

6、石等。固定磨料抛光主要用于粗抛光，Ra=1.25~0.63µm2）游离磨料抛光工具采用游离磨料抛光工具配以抛光剂进行精抛光，表面粗糙度可以达到Ra=0.012µm。常用工具材料：黄铜、竹片、木材等软质材料。因弹性物质不能进行切削，故工具本身的误差和平面度不会全部反映到被抛光工件上。因此可以用低精度抛光工具加工出精度较高的工件。§5.2电化学加工1.电化学反应（1）电解液的离解反应（2）阳极的主要反应（氧化反应）（3）阴极的主要反应（还原反应）2.电化学加工的分类（1）利用阳极金属的溶解作用去除材料。如电解加工、电解抛光等。（2

7、）利用阴极金属的沉积作用镀覆材料。如电镀、电铸等。（3）电化学加工与其它加工方法结合完成电化学复合加工。如电解磨削、电解电火花复合加工等。3.电解加工原理是利用金属电极在电解液中产生的阳极溶解原理对金属材料进行成形加工的一种方法。已广泛用于复杂型面、型孔的加工。（1）电源:6~24V直流稳压电源，最大电流10000~40000A;（2）两极间隙：0.1~1mm,初始间隙：0.2~0.3mm;（3）电解液压力：0.49~1.96MPa;（4）进给速度：0.5~3mm/min;（5）恒压、匀速进给。4.电解加工的特点和应用电解加工

8、的优点：（1）工具与工件不接触，加工过程中无切削力和切削热，工件不产生内应力和变形。适合加工易变形和薄壁类零件。加工后的零件无毛刺。（2）可以加工高硬度、高强度、和高韧性等难以切削的金属材料。如淬火钢、硬质合金等。（3）工具损耗极小，可长期使用。加工过程中，工具阴极本身不参与