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超声加工的基本原理小知识

来源: | 发布日期:2022-03-10

超声波加工技术中应用最广泛、最基本的加工方式是磨料冲击加工,因此,下面以磨料冲击加工为例阐述超声加工的基本原理。

超声加工的基本装置如图2-15所示。主要由超声波发生器、换能振动系统、磨料供 给系统、加压系统和工作台等部分组成。换能器产生的超声振动由变幅杆将位移振幅放大后传输给工具头,工具头作纵向振动,其振动方向如图2-15 (b)中的箭头所示。这样,当工具头作纵向振动时,就冲击磨料颗粒,磨料颗粒又冲击加工表面,超声加工主 要是利用磨料颗粒的“连续冲击”作用。由于超声振动的加速度是非常大的,所以磨料颗粒的加速度(或冲击力)也是非常大的。无数磨料颗粒连续不断的冲击,可使加工工件的表面破碎和去除。假如不用磨料而只用振动着的超声工具头直接纵向“锤击”工件表面,那只能使工件表面产生损伤,实际上材料并没有被去除。只有依靠切变应力才能将材料去除,磨料在超声工具头的冲击下产生的应力含存切向成分,此切向分量对加工过程中材料的去除起重要作用。

另外,磨料悬浮液中的超声空化效应对加工也有很大的作用。

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图2-15超声加工的基本装置

超声加工常用的频率是从20kHz到40kHz,位移振幅一般在10~100µm之间。当频率一定时,增大振幅可以提高加工速度,但振幅不能过大,否则会使振动系统超出疲劳强度范围而损坏。同样,当位移振幅一定,而频率增高时,也可提高加工速度,但频率提高后,振动能量的损耗将增大。因此,一般多采用比较低的超声频率。

上面叙述了借助工具的超声纵向振动通过分散的磨料来碎除材料的磨料冲击超声加工方法。随着超声加工技术的推广和应用,人们把超声振动与其他加工方式相结合,逐渐形成了多种多样的超声加工方法,如超声振动可以与车刀的车削加工、钻头的钻削加工、饺刀的饺削加工、砂轮的磨削加工、砂带的抛光加工、锯条的锯料加工、滚刀的滚齿加工、油石的町磨加工相结合实现深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、包括金 刚石、陶瓷、玛瑙、玉石、淬火钢、模具钢、花岗岩、大理石、石英、玻璃和烧结永磁体等在内的难加工材料的加工,在现代工业、国防和高新技术等领域得到广泛的应用。


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