超聲加工是利用作超聲頻小振幅振動的工具﹐并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對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﹐英文簡稱為USM。超聲加工可用于穿孔﹑切割﹑焊接(見超聲波焊)﹑套料和拋光。
簡史
1927年美國物理學家R.W.伍德和A.L.盧米斯最早作了超聲加工試驗﹐利用強烈的超聲振動對玻璃板進行雕刻和快速鉆孔﹐但當時并未應用在工業(yè)上。1951年﹐美國的A.S.科恩制成第一臺實用的超聲加工機。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(如磨削和車削等)結合起來﹐開辟了復合加工的領域。這種復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﹐英國又提出使用燒結或電鍍金剛石工具的超聲旋轉加工的方法﹐克服了一般超聲加工深孔時加工速度低和精度差的缺點。
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﹐將高頻電振蕩轉換成超聲頻振動。超聲振動通過變幅桿放大振幅(雙振幅為20～80微米)﹐并驅動以一定靜壓力壓在工件表面上的工具產(chǎn)生相應頻率的振動。工具端部通過磨料不斷地捶擊工件﹐使加工區(qū)的工件材料粉碎成很細的微粒﹐為循環(huán)的磨料懸浮液帶走﹐工具便逐漸進入到工件中﹐加工出與工具相應的形狀。
特點和應用
超聲加工的主要特點是：①不受材料是否導電的限制。②工具對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合應用﹐如超聲振動切削﹑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100毫米以上﹐孔的尺寸精度可達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可達R 1.25～0.63微米﹐加工硬質(zhì)合金時可達R 0.63～0.32微米。
超聲加工機
由電源(即超聲發(fā)生器)﹑振動系統(tǒng)(包括超聲換能器和變幅桿)和機床本體3部分組成。超聲發(fā)生器將50赫的交流電轉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。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﹔鐵氧體的通常用于千瓦以下的小功率超聲加工機。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。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)曲線形﹑懸鏈線形﹑階梯形等。機床本體一般有立式和臥式兩種類型﹐超聲振動系統(tǒng)則相應地垂直放置和水平放置。
