超声振动切削加工
超声振动切削加工的研究现状及进展
摘要：简述了超声振动切削技术的发展、优点及应用领域。通过将超声振动切削与普通切削比较以及对振动切削过程特点的描述，探讨了超声振动切削的切削机理。文章还分析了振动切削技术的最新发展, 认为超声振动切削是一项有发展前途的新型技术。
关键词：超声振动切削；难加工材料：切削机理
Research of vibration assisted turning cutting technology and
Its development
Abstract：Introduces the history, advantages and application field of the ultrasonic cutting technology(UCT). By compared with ordinary cutting and the characteristics description of the ultrasonic vibration cutting process, explored Ultrasonic vibration cutting of the cutting mechanism. The paper also analyzes an up- to- date vibrating cutting technology and summarizes that the ultrasonic vibration cutting is a promising new technology.
Key Words: Ultrasonically vibrating cutting; Difficult - to - machine materials; Cutting Mechanism
0 前言
超声振动切削技术是把超声波振动的力有规律地加在刀具上，使刀具周期性地切削和离开工件的加工技术, 是结合超声波技术和传统切削工艺的一种新型切削技术。在20 世纪60 年代，日本隈部淳一郎先生就对该项技术做了大量的研究工作。
他的研究工作表明，对刀具施加一定频率和振幅的超声波振动,可以改变传统金属切削的切削性质, 改善切削效果, 他把该技术定义为振动切削。
迄今为止，世界各国虽然在振动切削（超声切削）某些现象的解释上,某些参数的选择上还有一些差别,但对它的工艺效果是一致公认的。
作为精密机械加工和难加工材料加工中的一种新技术,它已经渗透到各个加工领域,出现了各种复合加工方法,使传统的加工技术有了一个飞跃。
研究表明,由于其在一定范围内能够有效地解决难切削材料的加工及其精密切削加工方面的问题并在加工中具有一系列的特点,因而越来越引起人们的重视而受到世界各国的瞩目。
1 超声振动切削技术的优点
和传统切削技术相比, 超声振动切削具有如下优点:
(1) 超声振动切削可减少切屑变形区的塑性变形和摩擦, 减小切削力, 降低切削温度, 显著提高刀具的寿命;
(2) 加工质量好, 精度高, 工件表面粗糙度值小, 圆度好;
(3) 减少工件上积屑瘤的生成, 提高工件加工表面质量。
近年来, 随着宇航、原子能、军工、电力等行业的快速发展, 对产品的材料性能提出了更高的要求。材料要求在高温、高应力状态下工作, 或需要耐腐蚀、耐磨损性能, 大量使用各种非金属材料, 如石材、陶瓷、工程塑料、纤维增强材料。上述材料具有高硬度、高强度、低塑性和高脆性、有微观硬质点或夹杂物特点, 被称为难加工材料, 这些材料在加工过程中切削力加大, 切削温度高, 刀具耐用度下降, 已加工表面质量恶化, 切削过程难以控制, 这些问题造成加工效率低和表面质量下降。近年来, 科研人员尝试用超声振动切削来加工上述难加工材料, 取得了一定的效果。实验表明, 超声振动切削技术在相当大的程度上可以解决难加工材料切削中很多关键的技术问题, 比传统切削技术有明显的优势。目前, 超声振动加工技术向振动车削、振动钻孔和镗孔、振动锯料、振动冲击加工、振动磨削、超声塑性加工以及复合加工等方面发展, 取得了一定的成就。
人们发现, 目前超声振动切削还存在一些技术问题, 这些问题制约着该技术的进一步发展和实用化, 是超声波切削技术仍然停留在实验阶段、不能大量应用实际生产的主要障碍。
2 超声振动切削机理
隈部淳一郎认为, 和普通切削相比, 超声振动切削技术通过对刀具施加强制性的振动,使刀具切削过程中产生有规律的、稳定的振动, 消除了刀具不稳定区域, 可显著减少机床系统的随机振动对切削的影响, 降低了平均切削力, 改善了切削质量。同时, 刀具和工件的周期性接触- 分离过程可降低切削温度, 改善了刀具的工作环境, 提高了刀具的使用寿命, 还能抑制积屑瘤的生长条件, 进一步改善切削质量。也有学者认为对脆性材料来说, 切削区局部产生的很高能量的冲击作用使切削区的工件材料快速变形, 摩擦系数降低, 剪切区材料的塑性变形减少, 降低切削力, 切削热变小。在加工高强度、高韧性材料, 加工复合材料中, 振动切削也表现了上述优点。但是, 人们对振动切削的微观机理尚认识不足, 至今没有成熟的理论解释超声波切削现象, 有必要深入研究、认识超声振动切削的实质, 促进超声切削技术的进一步发展。
一、普通切削与振动切削的比较
在普通切削中,切削是靠刀具与工件的相对运动来完成的。切屑和已加工表面的形成过程,本质上是工件材料受到刀具的挤压,产生弹性变形和塑性变形,使切屑与母体分离的过程(见图1)。
图1
在这种刀具始终不离开切削的普通切削中,刀具的作用包括两个方面:一个是刀刃的作用;一个是形成刀刃的刀面的作用。由于刀刃与被切物接触处局部压力很大,从而使被切物分离。刀面则在切削的同时撑挤被切物,促进这种分离。普通切削中,伴随着切屑的形成,由于切屑与刀具之间的挤压和摩擦作用,将不可避免地产生较大的切削力,较高的切削温度,使刀具磨损和产生切削振动等有害现象。
振动切削即是通过在切削刀具上施加某种有规律的、可控的振动,使切削速度、背吃刀量发生周期性的改变，从而得到特殊的切削效果的方法(见图2)。
图2
振动切削改变了工具和被加工材料之间的空间与时间存在条件,从而改变了加工(切削)机理，达到减小切削力、切削热，提高加工质量和效率的目的。
二、振动切削过程特点
众所周知，切削加工过程就是工件材料的塑性变形的过程，已加工表面的变形大小以及刀具的磨损程度等，都与切削过程中刀具与工件接触表面相互作用的条件有关，亦即与它们所处的时间和空间条件有关。
从刀具与工件接触角度分析振动切削（超声切削）特点有：
①在切削过程中,刀具前面不是始终与工件保持接触状态,而是处于有规律的接
触、分离状态。
②有规律的脉冲冲击切削力取代了连续切削力。
③刀具(或工件)的有规律强迫振动取代了刀具和工件无规律的自激振动。
④切削力大部分来自刀具(或工件)的振动,刀具(或工件)的运动仅是为了满足工件加工几何形状而设置的。
从切屑形成机理上分析振动切削（超声切削）特点有：
当给工艺系统加上振动（包括超声振动）以后，其刀具与工件各接触表面的相互作用条件都与普通切削有很大区别。小振幅的高频振动虽然对工件表面尺寸和形状不会有什么影响，但却使刀具摩擦和磨损条件产生很大变化，使刀具与工件的接触表面产生附加的往复运动，从而造成刀具前后面摩擦力（向量）产生周期性的变化，因而能减小切屑流出的阻力，使切屑能在更有利的条件下形成。
在难加工材料的切削中，刀具的工作表面经常出现“滞流层”，产生一种特殊的静摩擦。如果给刀具加上超声振动，就会产生动摩擦并且以动摩擦代替静摩擦，从而使摩擦力大大降低，这对切削加工十分有利。
超声振动切削（高频振动）使切屑形成机理产生重大变化，它对切削过程的影响可大致归纳成以下几个方面：
（1）周期性地改变了实际切削速度的大小和方向；
（2）周期性地改变了刀具运动角度，包括前角、后角、刃倾角等；
（3）周期性地改变被切金属层的厚度；
（4）改变了所加载荷的性质，使刀具由静载荷变为了动载荷；
（5）改变了已加工表面的形成条件，从而改善了表面质量，提高了加工精度；
（6）改善了切削液到达切削区的条件；
（7）改变了刀具工作表面的接触条件，减小了切屑形成区的变形，降低了切削力；
（8）改变了工艺系统的动态稳定性，从而得到振动切削特有的切削效果—振动切削的消振效果；
（9）改变了消耗在切削过程中的功率N，使能量分布发生了变化。
3 超声切削技术的发展
近年来, 超声波振动切削得到一些新的发展出现了超声波椭圆切削技术。
日本学者在上世纪90年代提出了超声椭圆切削技术, 基本原理是在普通超声振动切削的基础上, 在切屑流出方向上增加一个正弦振动, 两个正交振动合成一个刀具的椭圆切削运动, 实现对工件进行椭圆轨迹的切削。超声波椭圆切削原理见图3。
图3 超声波椭圆振动切削原理
切削椭圆时，在变幅杆的两个垂直面上各安装一只压电陶瓷片, 在这两只压电陶瓷片上分别加载超声正弦信号使压电陶瓷发生伸缩振动, 变幅杆在互相垂直的两各方向发生超声波振动,得到变幅杆的椭圆轨迹的复合振动, 通过调节两个振动的振幅和相位差, 可以得到变蝠杆的任意椭圆振动运动, 实现切削刀具的椭圆振动切削方式。实验表明, 超声椭圆切削突破了普通超声振动切削临界速度的限制, 加强了刀具和工件的接触- 分离, 增加了超声切削的效果, 改善了刀具的受力状况, 提高了切削过程中润滑和冷却效率。
大量实验表明, 和常规超声振动切削相比, 超声椭圆切削的切削力大幅度下降, 加工精度显著提高, 刀具寿命明显提高, 积屑瘤抑制效果更好, 很适合难加工材料的切削加工。
超声椭圆切削技术是传统振动切削的发展, 由于增加了超声振动源, 超声波装置更加复杂。其切削机理仍需要进一步研究。
4 结论
超声振动在很大程度上改善了传统的加工方法,在各种非金属脆硬材料加工方
面得到广泛应用,取得了卓越的成绩。大量的试验研究和加工结果表明,超声振动加工有能量集中、瞬间作用、快速切削的特性,能有效地改变传统加工的切削机制,具有独特的加工工艺效果。
和源远流长的切削技术相比, 超声振动切削技术在短暂的发展历程中已经取得了令人欣慰的成绩, 在工业的不同方面得到了的应用。随着社会对材料提出更高的要求, 随着新型难加工材料的不断出现, 超声加工技术将得到更大的发展, 有理由相信这门技术的未来是很有前景的。
参考文献
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超声振动辅助磨削技术的现状与新进展
第31卷第11期2010年11月 兵工学报ACTA ARMAMENTARII Vol．31No．11Nov． 2010 超声振动辅助磨削技术的现状与新进展 梁志强1，2，王西彬1，吴勇波2，栗勇1，赵文祥1，庞思勤 1 （1.北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室，北京100081； 2.秋田県立大学系统科学技术学部，秋田290014，日本） 摘要：如何实现硬脆性材料的高效率、高质量、高精度加工是现代精密制造领域的技术难题，为解决这一难题超声波振动磨削技术被引入到硬脆性材料的加工中。综述了超声振动磨削技术的现状，基于现有的一维振动磨削与二维振动磨削技术，着重分析了不同超声振动施加方式对磨削 力、 加工表面完整性、砂轮磨损等加工特性的影响。作为二维振动磨削技术的最新进展，对垂直型椭圆振动磨削技术的加工原理以及加工特性进行初步介绍。 关键词：机械制造工艺与设备；超声辅助磨削；椭圆振动；硬脆材料；磨削力；粗糙度 中图分类号：TG156文献标志码：A 文章编号：1000- 1093（2010）11-1530-06Status and Progress of Ultrasonic Assisted Grinding Technique LIANG Zhi-qiang 1，2 ，WANG Xi-bin 1，WU Yong-bo 2，LI Yong 1，ZHAO Wen-xiang 1，PANG Si-qin 1 （1．Key Laboratory of Fundamental Science for Advanced Machining ，Beijing Institute of Technology ，Beijing 100081，China ； 2．Faculty of Systems Science and Technology ，Akita Prefectural University ，Akita 290014，Japan ） Abstract ：In current precision machining field ，there is a critical problem to achieve high efficiency ，high-quality and high-precision machining for hard brittle material．Based on this background ，the ultra-sonic assisted grinding machining is widely introduced as a promising processing technology．In this pa-per ，the machining characteristics ，especially grinding forces ，ground surface integrality and wheel wear ，of both one-dimensional and two-dimensional ultrasonic assisted grinding techniques are analyzed．As a new progress ，the principle and fundamental characteristics of vertical elliptical ultrasonic assisted grind-ing method are introduced． Key words ：machinofacturing technique and equipment ；ultrasonic assisted grinding ；elliptical vibra-tion ；hard brittle material ；grinding force ；surface roughness 收稿日期：2009－11－13 基金项目：国家自然科学基金资助项目（50935001）；国防科研资助项目（62301090103）作者简介：梁志强（1984—），男，博士研究生。E-mail ：liangdjx@yahoo．com ；王西彬（1958—），男，教授，博士生导师。E- mail ：cutting0@bit．edu．cn 随着科技的发展对硬脆性材料、难加工材料和 新型先进材料的需求日益增多，对关键零件的加工效率、加工质量和加工精度提出了更高的要求。传统磨削方法因不可避免的产生较大的磨削力以及磨削热，引起工件表面/亚表面损伤以及砂轮寿命低等一系列问题。尤其在精密与超精密加工领域，这些加工缺陷的存在严重制约着零件加工精度及加工效 率的提高。为解决这些问题，超声振动被引入到磨 削加工中。国内外广泛研究证实超声振动磨削在提高材料去除率、提高加工表面质量与加工精度、降低工件表面损伤以及延长砂轮寿命等方面具有显著优势。 一维超声振动磨削技术较早应用到工业领域，近年在超精密加工领域，日本和中国的学者又
超声波加工技术
超声波加工技术 1.绪论 人耳能感受到的声波频率在20—20000HZ范围内，声波频率超过20000HZ被称为超声波。超声波加工（Ultrasonic Machining简称USM）是近几十年来发展起来的一种加工方法，它是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行加工的方法，或利用超声振动的工具在有磨料的液体介质或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀来去除材料，又或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。它弥补了电火花加工的电化学加工的不足。电火花加工和电化学加工一般只能加工导电材料，不能加工不导电的非金属材料。而超声波加工不仅能加工硬脆金属材料，而且更适合于加工不导电的硬脆非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等。同时超声波还可用于清洗、焊接和探伤等。 1.1超声波加工的发展状况 超声波加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、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法。超声加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。超声波发生器的作用是将220V或380V的交流电转换成超声频电振荡信号；换能器的作用是将超声频电振荡信号转换为超声频机械振动；变幅杆的作用是将换能器的振动振幅放大；超声波的机械振动经变幅杆放大后传给工具，使工具以一定的能量与工件作用，进行加工。 超声加工技术是超声学的一个重要分支。超声加工技术是伴随着超声学的发展而逐渐发展的。 早在1830年，为探讨人耳究竟能听到多高的频率，F.Savrt曾用一多齿的齿轮，第一次人工产生了2.44 HZ的超声波，1876年加尔顿的气哨实验产生的超声波的频 10
超声波切割机工作原理
超声波切割机 一、概述超声波切割机的原理与传统意义上的切割完全不同。它是利用超声波的能量，将被切割材料的局部加热熔化，从而达到切割材料的目的。所以超声波切割不需要锋利的刃口，也不需要很大的压力，不会造成被切割材料的崩边、破损。同时，由于切割刀在做超声波振动，摩擦阻力特别小，被切割材料不易粘在刀片上。这对粘性和弹性材料、冰冻材料，如食品，橡胶等，或不便加压力的物体切割，特别有效。超声波切割还有一个很大的优点，就是它在切割的同时，在切割部位有熔合作用。切割部位被完美地封边了，可防止被切割材料组织的松散（如纺织材料飞边）。超声波切割机的用途还可以扩展，如挖孔，铲挖，刮漆，雕刻，分条等等。 二、基本结构和特点超声波切割机是利用波能量进行切割加工的一类设备，它最大的特点是切割不用刃口。或者说，不用传统意义上的刃口。传统的切割是利用带有锋利刃口的刀具，压向被切割材料。此压力集中在刃口处，压强就非常大，超过了被切割材料的剪切强度，材料的分子结合被拉开，就被割断了。由于材料是被强大的压强硬性拉开的，所以切割刀具刃口就应该非常锋利，材料本身还要承受比较大的压力。对软性、有弹性的材料切割效果不好，对粘性材料困难更大。基本构成是超声波换能器、变幅杆、切割刀（工具头），驱动电源。超声波驱动电源将市电转换成高频高电压交流电流，输给超声波换能器。超声波换能器其实就相当于一个能量转换器件，它能将输入的电能转换成机械能，即超声波。其表现形式是换能
器在纵向作来回伸缩运动。伸缩运动的频率等同于驱动电源供出的高频交流电流频率。变幅杆的作用一是固定整个超声波振动系统，二是将换能器的输出振幅放大。切割刀（工具头）一方面进一步放大振幅，聚焦超声波。另一方面是输出超声波，利用切割刀的类似刃口，将超声波能量集中输入到被切割材料的切割部位。该部位在巨大超声波能量的作用下，瞬间软化、熔化，强度大大下降。此时，只要施加很小的切割力，就可达到切割材料的目的。类似于常规切割，所需要的基本的构件是切刀和砧板，超声波切割机也由有两种基本结构。根据超声波施加位置的不同，我们不妨可以把它分成超声波切刀式切割机和超声波砧板式切割机。超声波切刀式切割机是直接将超声波能量加载到切刀上，切刀就变成一把带有超声波的切刀。在切割材料时，材料主要是被超声波能量软化和熔化的，切刀的刃口只是起到切缝定位、超声波能量输出、分隔材料的作用。这种切割方式适用于粗、厚、长等不方便设置砧板的材料的切割。超音波切割机适用于：如炼胶机输出的生胶分切、管子切割、冻肉、糖果、巧克力切割、印刷线路板、工业、首饰业、塑料制品加工、食品加工、印刷工业、汽车工业天然纤维分割（可分细线路）、合成纤维深挖（多层电路切断）、塑料外壳加工、薄的人造树脂括漆（适合大面积）所有型式的纸张和底胶片原产地（中国）或手持式切割机等等。完。
超声加工技术的概况及其未来发展趋势分析
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：结合了近年来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、超声复合加工等方面的最新应用，并阐述了超声加工技术的发展趋势。 关键词：超声加工；超声振动系统；超声复合加工；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有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、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法。 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。 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。但近年来，随着超声技术基础研究的进展和在不同领域实际应用的特殊需要，对振动系统的工作方式和设计计算、振动方式及其应用研究都取得了新的进展。日本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，该振动系统换能器的压电陶瓷片采用半圆形，上下各两片，组成上下两个半圆形压电换能器(压电振子)，其特点是小型化，结构简单，刚性增强。东南大学研制了一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、级联压电晶体、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，它将使级联晶体产生超声机械伸缩，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镗孔用超声扭转振动系统[1]，采用磁致伸缩换能器，将超声波发生器在扭转变幅杆的切向作纵向振动时在扭振变幅杆的小端就输出沿圆周方向的扭转振动，镗刀与扭振变幅杆之间采用莫氏锥及螺纹连接，输出功率小于500W，频率为16～23 kH z，具有频率自动跟踪性能。西北工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，冷却循环系统中使用磨削液作为冷却液；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圆磨床主轴精度保证，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“加工中心”用超声扭转振动装置上应用。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
超声波高频振动车削工艺
超声波高频振动车削工艺 超声振动切削，是使以20-50KHz的频率、沿切削方向高速振动的一种特种切削技术。 1.工作原理 超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削。在一个振动周期中，的有效切削时间很短，大于80%时间的里与工件、切屑完全分离。与工件、切屑断续接触，这就使得所受到的摩擦变小，所产生的热量大大减少，切削力显著下降，避免了普通切削时的“让刀”现象，并且不产生积屑瘤。利用这种振动切削，在普通机床上就可以进行精密加工，圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度，最高可达到接近零误差，使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比，不需要高的机床刚性，并且不破坏工件表面金相组织。在曲线轮廓零件的精加工中，可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工，可以节约高昂的数控磨床购置费用。 2.性能指标 2.1切削力小，约为普通切削力的1/3-1/10。 2.2加工精度高，主要取决于所用机床精度，所加工工件形位公差几乎可接近机床相关精度。 2.3切削温度低，工件保持室温状态。 2.4不产生积屑瘤，工件变形小，没有毛刺。 2.5切削表面粗糙度低，可接近理论粗糙度值，最高可达Ra0.2以下。 2.6被加工零件的“刚性化”，即与普通切削相比，相当于工件刚性提高。 2.7加工过程稳定，能有效消除颤振。 2.8切削液的冷却、润滑作用提高。
2.9耐用度呈几倍到几十倍提高。 2.10被加工表面呈压应力状态，零件疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性提高。 2.11切削后的工件表面呈彩虹效果。 3.应用范围 由于超声振动切削有如此多的优点，所以可广泛应用于航空、航天、军工等领域各种难加工材料的切削加工。 3.1难加工材料切削：如耐热钢、钛合金、恒弹性合金、高温合金、不锈钢、冷硬铸铁、工程陶瓷、复合材料和花岗岩等。 3.2加工淬硬钢零件及超硬零件，能得到很高的加工精度和表面质量：用硬质合金可以很轻松地加工硬度达HRC60以上的淬硬钢零件，如高速钢、轴承钢等；用PCD加工硬质合金，可以大大提高的耐用度。 3.3成型切削：利用成型切削加工各种类型的轮廓曲面及内外球面、过度圆弧、锥面等。 3.4细长杆件及薄壁件车削加工。 3.5超细直径零件车削加工。 3.6超精密加工。 产品相关词组： 超声波振动切削装置，超声波椭圆振动切削，超声切削，超声椭圆振动，超声振动切削加工中心，二维超声振动磨削，旋转超声钻削，振动切削，超声振动加工，椭圆超声振动微雕刻装置，高频椭圆振动切削，超声振动磨削，振动加工，超声椭圆振动切削，椭圆振动切削，振动车削，超声车削
超声加工论文
本科课程论文 题目超声加工的应用及发展 学院工程技术学院 专业机械设计制造及其自动化年级**级 学号*************** 姓名****** 指导教师****** 成绩 2011 年 12 月 14 日
目录 摘要 (2) 关键词 (2) 一、超声加工技术的发展 (2) 二、旋转超声加工的特点及优势 (3) 三、超声加工技术在航空航天制造中的应用潜能 (4) 1 超声加工刀具基体材料选择 (5) 2 超声加工刀具基体结构设计 (6) 3 超声加工刀具磨料层的制备......................................................................... 6. 四结束语.. (7) 参考文献 (7)
超声加工的应用及发展 摘要：陶瓷、光学玻璃、功能晶体、金刚石、宝石和先进复合材料等具有优越的物理、化学和机械性能，在航空、航天、军工、电子、汽车和生物工程等领域正得到越来越广泛的应用，并且其应用还在不断向新的领域扩展。与此同时，人们开始探索特种加工方式来加工这些难加工材料。超声加工技术就是在此背景下发展起来的，实践证明，它是加工上述难加工硬脆材料的高效和经济有效的方法之一。 超声技术在工业中的应用开始于20世纪10～20年代，它是以经典声学理论为基础，同时结合电子技术、计量技术、机械振动和材料学等学科领域的成就发展起来的一门综合技术。超声技术的应用可划分为功率超声和检测超声两大领域。其中，功率超声是利用超声振动形成的能量使物质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者使这种状态改变加快的一门技术。功率超声在机械加工方面的应用，按其加工工艺特征大致分为2类，一类是带磨料的超声磨料加工（包括游离磨料和固结磨料），另一类是采用切削刀具与其他加工方法相结合形成的超声复合加工。 关键词：超生加工发展特点及优势应用潜能 一、超声加工技术的发展 1927年，美国物理学家伍德和卢米斯最早作了超声加工试验，利用超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔。但当时超声加工并未应用到工业上，直到大约1940年在文献上第一次出现超声加工（USM－Ultrasonic Machining）工艺技术描述以后，超声加工才吸引了大家的注意，并且逐渐融入到其他的工业领域。1951年，科恩研制了第一台实用的超声加工机，为超声加工技术的发展奠定了基础。 USM提供了比常规机械加工技术更多的优点。例如，导电和非导电材料它都可以加工，并且加工复杂的三维轮廓也可以像简单形状那样快速。此外，超声加工过程不会产生有害的热区域，同时也不会在工件表面带来化学/ 电气变化，而且加工时在工件表面上所产生的有压缩力的残余应力可以增加被加工零件的高周期性疲劳强度。 然而，在USM中必须供给磨料工作液，并且要保证加工过程中能有效清除刀具和工件
CSiC复合材料旋转超声振动辅助铣削实验研究
C/SiC复合材料旋转超声振动辅助铣削实验研究通过碳纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)是一种耐高温、耐磨损、抗氧化和力学性能出色的航空级复合材料,采用传统的机械加工工艺对其进行加工,因加工性差,精度不高且加工成本高导致无法满足当今航空航天等领域的需求。利用旋转超声振动辅助加工技术,将旋转超声振动引入到C/SiC复合材料的铣削加工中,可有效地降低铣削力、切削热,减小刀具的损耗,提高加工质量。 本文主要完成了以下工作内容:利用压电陶瓷的逆压电效应,根据夹心式压电换能器的设计理论,设计了一款可用于旋转超声铣削加工的纵振型超声振子;采用PZFlex仿真软件对影响超声振子谐振频率的因素进行了仿真分析,结果表明:超声振子的谐振频率随刀具有效长度和过渡圆柱长度的增加而减小,随预紧螺栓长度和后端盖孔深度的增加而增大;依据仿真结果加工了纵振型超声振子,并对其进行阻抗分析,测得纵振型超声振子在有无刀具及夹头螺母两种状态下的谐振频率分别为17.41 kHz、18.71kHz,与仿真结果中模型的谐振频率18.4762 kHz和19.312 kHz,误差率分别为5.7636%和3.1428%;基于超声振子的谐振频率,对有夹头螺母及刀具状态下的超声振子振幅输出进行测量,结果表明:在100 V、140 V和200 V电压激励下振子输出的振幅与电压成正比,且在200 V电压激励时纵向振幅为2.016 um,可以满足旋转超声振动辅助铣削加工的要求,证实了纵振型超声振子设计的可行性,为纵振型超声振子模型的优化设计提供参考。设计纵振型超声振子的夹持装置、桥接盘和机床主轴连接装置,实现超声振子与机床主轴的连接;设计电能传输装置对纵振型超声振子进行供电;设计保护外壳、安装插销等装置,建立起旋转超声振动辅助铣削加工系统;依据该系统采用单因素实验法和正交试验法,研究了传统铣削下不同切削参数对C/SiC复合材料铣槽和铣
超声加工技术的现状及发展趋势
超声加工技术的现状及 发展趋势 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
超声加工技术的现状及发展趋势 前言：超声波加工是利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、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法。超声波加工技术是一种涉及面广且更新快的机械加工技术。结合近年来超声加工技术的发展状况，综述了超声振动系统的研究进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、超声复合加工等方面的最新应用，并阐述了超声加工技术的发展趋势。 关键词：超声波加工、超声振动、声复合加工、应用、发展、 正文: 1、超声振动系统的研究进展及其应用 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。但近年来，随着超声技术基础研究的进展和在不同领域实际应用的特殊需要，对振动系统的工作方式和设计计算、振动方式及其应用研究都取得了新的进展。 日本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，该振动系统换能器的压电陶瓷片采用半圆形，上下各两片，组成上下两个半圆形压电换能器(压电振子)，其特点是小型化，结构简单，刚性增强。日本还研制成一种新型“纵-弯”型振动系
统，并已在手持式超声复合振动研磨机上成功应用。该系统压电换能器也采用半圆形压电陶瓷片产生“纵-弯”型复合振动。日本金泽工业学院的研究人员研制了加工硬脆材料的超声低频振动组合钻孔系统。将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合，制造了一台组合振动钻孔设备，该设备能检测钻孔力的变化以及钻孔精度和孔的表面质量，并用该组合设备在不同的振动条件下进行了一系列实验。实验结果表明，将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合是加工硬脆材料的一种有效方法。 另一种超声扭转振动系统已在“加工中心”用超声扭转振动装置上应用。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。 2、超声加工技术应用研究 深小孔加工 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。
功率超声振动加工技术教案
南通大学 Nan Tong University 功率超声振动加工技术 院系： 专业：自动化 班级： 学号： 姓名：李芸 关键词： 振动加工、换能器发生机理、熔焊、功率超声车削、珩磨技术 引言： 超声加工（ultrasonic machining），起源于20世纪50年代初期，是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工的方法。超声加工系统，由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。在难加工材料和精密加工中，功率超声加工技术具有普通加工无法比拟的工艺效果，具有广泛的应用范围。由于功率超声加工技术具有许多优点，与其他加工技术相比较，常常能大幅度提高加工速度、提高加工质量和完成一般加工方法难以完成的加工工作。因此，在工业、农业、国防和医药卫生、环境保护等部门得到越来越广泛的应用。 正文：
一、超声加工的基本原理 超声加工时，高频电源联接超声换能器，由此将电振荡转换为同一频率、垂直于工件表面的超声机械振动，其根幅仅0．005~0．01mm，再经变幅杆放大至0．05~0．lmm，以驱动工具端面作超声振动。此时，磨料悬浮液（磨料、水或煤油等赃工具的超声振动和一定压力下，高速不停地冲击悬浮液中的磨粒，并作用于加工区，使该处材料变形，直至击碎成微粒和粉末。同时，由于磨料悬浮液的不断搅动，促使磨料高速抛磨工件表面，又由于超声振动产生的空化现象，在工件表面形成液体空腔，促使混合液渗入工件材料的缝隙里，而空腔的瞬时闭合产生强烈的液压冲击，强化了机械抛磨工件材料的作用，并有利于加工区磨料悬浮液的均匀搅拌和加工产物的排除。随着磨料悬浮液不断地循环。磨粒的不断更新。加工产物的不断排除，实现了超声加工的目的。总之，超声加工是磨料悬浮液中 的磨粒，在超声振动下的 冲击、抛磨和空化现象综 合切蚀作用的结果。其中， 以磨粒不断冲击为主。由 此可见，脆硬的材料，受 冲击作用愈容易被破坏， 故尤其适于超声加工。 由超声发生器产生的高频 电振荡（频率一般为16～25千赫，焊接频率可更高）施加于超声换能器上（见图），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（双振幅为20～80微米），并驱动以一定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，为循环的磨料悬浮液带走，工具便逐渐进入到工件中，加工出与工具相应的形状。 二、特点 ①不受材料是否导电的限制。 ②工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件。 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。 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，孔的尺寸精度可达 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Rα 1.25～0.63微米，加工硬质合金时可达Rα0.63～0.32微米。 ⑥切削力大及温度幅度降低，工件寿命大幅度提高。 ⑦大大节省能源，简化机床结构。 ⑧提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性。
先进制造——超声研磨技术
超声研磨加工技术 摘要：本文介绍了一种基于新加工原理的先进超精密研磨技术——超声研磨。首先简要介绍了磨削技术的发展现状并通过加工模型简述了其加工原理；然后从加工工艺及加工设备等方面阐述了其加工特点；最后以其在模具行业的应用为例，从加工设备、工艺分析等方面进行了简要分析。 关键词：超声加工；超声研磨；超精密加工；先进制造技术 0、引言 随着汽车、航空航天等行业的发展，陶瓷、玻璃、硬质合金等材料应用日益广泛。这些材料硬度高、零件形状复杂、加工精度高，传统的磨削方式难以满足要求[1]。超声研磨不仅能加工脆硬金属材料，而且能加工玻璃、陶瓷、半导体等不导电的非金属脆硬材料，特别适合电火花加工或铣削加工表面的研磨，对电火花线切割加工表面的软化层和电火花成型加工表面的硬化层均能快速研磨，改善其表面质量。 1、研磨技术现状 相对于传统的研磨技术而言，目前，一些基于机械作用、机械—化学作用的超精密研磨技术以及液面研磨抛光技术的研究应用[2]，在超精密磨削方面取得了不错的效果。其中基于机械作用的弹性发射加工（EEM）兼有研磨和抛光的优点具有光明的发展前景。 然而，这些加工方法存在对加工设备及条件有特殊的要求；难以控制加工精度、表面质量等问题，如基于机械作用的弹性发射加工，需要高速高精度回转轴等，所以在实际应用中受到限制，达不到高的技术经济效果。 超声波研磨是功率超声在材料加工方面的一种重要运用，是一种非接触超精密研磨方法，具有加工表面质量高、精度高、切屑易处理、能很好地解决难加工材料、非金属材料、表面质量要求高的零件加工问题等一系列优点，如今已成为一种新型的先进制造加工技术。
2、超声研磨原理 2.1超声研磨理论模型分析 超声研磨是超声加工技术的一种特殊应用[3]，其基于传统研磨加工原理，在研磨工具上附加以超声振动，工具与工件间的磨料在结合传统研磨加工运动和超声高频振动共同作用下，不断滑擦、磨削加工表面，以实现材料去除的目的，图1为超声研磨原理模型。 图1 超声研磨原理模型 研磨工具的端面和工件表面保持一固定的间隙，在其间充以微细磨料工作液，当超声振动工具以一定的频率振动时，带动微细磨料冲击工件表面，从而对工件表面进行研磨。当工作台作平面运动或曲面运动，即可对整个工件表面进行加工[4][5]。 超声研磨时，大量的磨料以与超声振动相同的频率、脉动式的冲击被加工表面，除去或改造工件表面原有的损伤层，并在其下面构成新的损伤层(即表面加工层)。如果工艺参数(如超声发生器的功率，磨料的硬度、粒度，磨液浓度，间隙等)选择恰当，则可使新生成的损伤层更薄、更均匀，从而获得较佳的表面质量，实现超精密加工，理想的状况是获得接近无损伤的表面。 2.2超声研磨系统的关键 超声研磨加工技术在加工质量、加工精度、加工效率等方面都较传统研磨加工有很大优势，其关键在于超声研磨振动系统的作用。
超声振动切削加工
超声振动切削加工的研究现状及进展 摘要：简述了超声振动切削技术的发展、优点及应用领域。通过将超声振动切削与普通切削比较以及对振动切削过程特点的描述，探讨了超声振动切削的切削机理。文章还分析了振动切削技术的最新发展, 认为超声振动切削是一项有发展前途的新型技术。 关键词：超声振动切削；难加工材料：切削机理 Research of vibration assisted turning cutting technology and
Its development Abstract：Introduces the history, advantages and application field of the ultrasonic cutting technology(UCT). By compared with ordinary cutting and the characteristics description of the ultrasonic vibration cutting process, explored Ultrasonic vibration cutting of the cutting mechanism. The paper also analyzes an up- to- date vibrating cutting technology and summarizes that the ultrasonic vibration cutting is a promising new technology. Key Words: Ultrasonically vibrating cutting; Difficult - to - machine materials; Cutting Mechanism 0 前言 超声振动切削技术是把超声波振动的力有规律地加在刀具上，使刀具周期性地切削和离开工件的加工技术, 是结合超声波技术和传统切削工艺的一种新型切削技术。在20 世纪60 年代，日本隈部淳一郎先生就对该项技术做了大量的研究工作。
超声波加工论文
超声波加工 摘要：超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。它能广泛应用于各个领域，特别对于一些常规加工方式无法完成的或者加工精度无法达到要求的工件。目前经过几十年的发展，超声波加工技术已逐步成熟，并已在一些要求条件高、加工工艺复杂、精度要求高的领域逐步发展起来，相信随着技术的发展它的应用范围及领域会越来越广。 关键词：超声波；研究前沿；应用领域 引言：超声波随着技术的发展越来越为人们所应用，他通过自身的一些特性一步步奠定自己在切削、拉丝模、深小孔加工等的地位。特别在现代这个迅猛发展的社会它的地位越来越重要，我们应该加快它的发展速度，为我们所用。 超声波加工（USM）是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。 与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。 一、超声波加工的原理 1.1 超声波概述 “超声波”这个名词术语，用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波，通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取决于发生器，实际用的最高频率的界限，是在5000MHz的范围以内。在不同介质中的波长范围非常广阔，例如在固体介质中传播，频率为25kHz的波长约为200mm；而频率为500MHz的波长约为0.008mm。 超声波和声波一样，可以在气体、液体和固体介质中传播。由于超声波频率高、波长短、能量大，所以传播时反射、折射、共振以及损耗等现象更显著。在不同的介质中，超声波传播的速度c亦不同，例如c空气=331m/s；c水=1430m/s；
压电式超声振动系统开发设计
?机械制造?孔华?压电式超声振动系统开发设计 压电式超声振动系统开发设计 孔华 （南京理工大学械工程学院，江苏南京２１００９４） 摘要：针对压电式超声振动系统中换能器和变幅杆的设计公式及步骤复杂的问题，提出利用 软件的二次开发，在ＵＧ软件平台上研究振动系统的三维造型的方法。开发结果表明该方法 可以很好的解决压电超声换能器和变幅杆在设计过程中存在的问题，简化了设计过程，缩短了 新产品的开发周期。 关键词：超声加工；振动系统；变幅杆；ＵＧ／ＯｐｅｎＧＲＩＰ 中图分类号：ＴＨｌ２文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—５２７６（２０１２）０４－０００７－０３ ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＴｙｐｅＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ ＫＯＮＧＨｕ８ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＪＵＳＴ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｓｓｕｅｏｆｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｓａｎｄｓｔｅｐｓｉｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｕｌｔｒａ－ｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｋｅｓｕｓｅｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｎＵＧｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｎｄｂｅｕｓｅｄｔｏｓｉｍｐｌｉｆｙｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｙｃｌｅｏｆｎｅｗｐｒｏｄｕｃｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ａｍｐｌｉｔｕｄｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ＵＧ／ＯｐｅｎＧＲＩＰ ０引言 ＵＧ／ＯｐｅｎＧＲＩＰ是ＵＧＳ公司提供的ＵＧ软件包中的一个模块，用于ＵＧ二次开发。其与Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ系统紧密集成，利用ＧＲＩＰ程序，可以完成与Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ的各种交互操作。与常见程序语言相同，ＧＲＩＰ语言有完整的语法规则、程序结构、内部函数，以及与其他通用语言程序的相互调用等。ＧＲＩＰ程序要经过编译、链接、生成可执行程序后才能运行¨？ 从２０世纪末开始，超声振动加工技术与其他加工方式相结合，在深小孔加工、拉斯模型腔模具研磨抛光、超声复合加工等领域广泛应用，解决了许多关键性问题，取得了良好的效果。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。 压电式超声振动系统的换能器和变幅杆产品形状虽简单，但是设计公式及步骤却很复杂。为提高超声振动系统设计效率，提出软件的二次开发，在ＵＧ软件平台上研究振动系统的三维造型方法，应用ＵＧ开发工具ＵＧ／ＯｐｅｎＧＲＩＰ开发出超声振动系统ＣＡＤ模块，挂接在ＵＧ用户界面匕，实现ＵＧ用户化‘“。 超声振动系统模型设计 超声振动系统一般由超声换能器、变幅杆和加工工具等组成㈦。其总体设计思想是换能器和变幅杆两者参数匹配但分别设计，之后通过装配完成超声振动系统总体设计。 １．１压电换能器模型设计 换能器是利用压电材料在电场作用下产生形变的特性。其主要性能指标包括：工作频率、功率、机械品质因数、机电耦合系数、换能器的阻抗特性、频率特性、方向特性等。４ｏ。将压电材料做成片状，并在两面涂上银层作为电极，同时进行极化处理。当压电片两电极问加上电场时，会产生与交变电场同频率的交变形变，从而使压电片两面向外辐射声波。当外加电场频率与压电片固有频率相同产生谐振时，压电片振动最大，声辐射也最强烈。 压电片厚度方向逆压电效应表达式为 Ｓｏ＝ｄｏ÷（１） ｔｏ 式中，ｄｏ为沿厚度方向的压电常数；ｌ。为压电片厚度；Ｓ。为沿厚度方向的伸缩应变；Ｕ为沿厚度方向所加电压。 后匹配块、两压电陶瓷片、电极三者的厚度之和做成四分之一波长，前匹配块的长度做成Ａ／４或Ａ３／４，以使换能器的总长度为Ａ／２。后匹配块按照以下公式计算： ｔａｎ”寻［ｒ一等等］㈦ 其中：Ｚｏ２ＰｏｃｏＳｏ；ｚＩ２ＰｌｃｌＳｌ；≈２Ｐ３ｃ３Ｓ３；ｍ３２２；００＝ ｚ０ ２耵ｆｌｏ／ｃｏ；０３＝２仰３／ｃ３；Ｔ＝ｃｏｔＯｏ—ｋ２／吼 式中，Ｃ。为压电陶瓷片波速；Ｃ，为后匹配波速；ｃ，为电极 作者简介：孔华（１９８３一），男，山东济宁人，硕士研究生，研究方向是引信技术与应用。 ＮｌａｃｈｉｎｅＢｕｉｌｄｉｎｇ８Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｊｕｎ２０１２，４１（４）：７～９?７?万方数据
超声波加工的应用
超声波加工的应用及发展前景 摘要：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。超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。特别对于一些常规加工方式无法完成的或者加工精度无法达到要求的工件。目前经过几十年的发展，超声波加工技术已逐步成熟，并已在一些要求条件高、加工工艺复杂、精度要求高的领域逐步发展起来，相信随着技术的发展它的应用范围及领域会越来越广。 关键词：超声波；研究前沿；应用领域；超声加工的应用 引言：超声波随着技术的发展越来越为人们所应用，他通过自身的一些特性一步步奠定自己在切削、拉丝模、深小孔加工等的地位。特别在现代这个迅猛发展的社会它的地位越来越重要，我们应该加快它的发展速度，为我们所用。 超声波加工（USM）是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。 与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。 一、超声波加工的原理 1.1 超声波概述 “超声波”这个名词术语，用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波，通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取
超声波振动切削原理
超声波振动切削原理 一、超声波振动切削原理 超声振动切削，是使刀具以20-40KHz的频率，沿切削方向高速振动的一种特种切削技术。超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削，在一个振动周期中，刀具的有效切削时间很短，一个振动周期内绝大部分时间里刀具与工件切屑完全分离，刀具与工件切屑断续接触，切削热量大大减少，并且没有普通切削时的“让刀”现象。?利用这种振动切削，在普通机床上就可以进行精密加工，圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度，最高可达到接近零误差，使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比，不需要过高的机床刚性，并且不破坏工件表面组织，在曲线轮廓零件的精加工中，可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工，可以节约高昂的数控磨床购置费用。 超声波振动切削用于各种难以磨削而对表面质量及精度要求较高的零件的精加工，具有很大的优越性。超声波振动切削装置由超声波发生器、换能器、变幅杆及刀具等四部分组成，由超声波发生器发出的高频电讯号经换能器转化为高频机械振动，再由变幅杆将振动的振幅放大并施加到道具上，一般将换能器与变幅杆组成的部件称为声学头。 二、超声振动切削的优势特点 1.切削力小，约为普通刀具切削力的1/3—1/10； 2.加工精度高； 3.切削温度低，工件保持室温状态； 4.不产生积屑瘤，工件变形小，没有毛刺； 5.粗糙度低，可接近理论粗糙度值； 6.被加工零件的“刚性化”，即与普通切削相比，相当于工件刚性提高；
7.加工过程稳定，有效消除颤振； 8.切削液的冷却，润滑作用提高； 9.刀具耐用度呈几倍到几十倍提高； 10.工件表面呈压应力状态，耐磨性、耐腐蚀性提高； 11.切削后的工件表面呈彩虹效果。 三、超声振动切削的应用范围 (一)难切削材料的加工 不锈钢、淬硬钢、高速钢、钛合金、高温合金、冷硬铸铁以及陶瓷、玻璃、石材等非金属材料，由于力学、物理、化学等特性而难以加工,如采用超声振动切削则可化难为易。 （二）难加工零件的切削加工 如易弯曲变形的细长轴类零件、小径深孔、薄壁零件、薄盘类零件与小径精密螺纹以及形状复杂、加工精度与表面质量要求又较高的零件。 (三)高精度、高表面质量工件的切削加工 (四)排屑、断屑比较困难的切削加工 四、超声振动切屑的应用领域 广泛应用于航空、航天、军工等领域。