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1、特种加工Non-traditional Machining,主讲：马苏常天津工程师范学院机械制造教研室,第五章 超声加工（Ultrasonic Machining,USM),超声加工的基本原理和特点超声加工设备及其组成部分超声加工速度、精度、表面质量及其影响因素 超声波的应用技术超声加工新技术,5.1 超声加工的基本原理和特点,5.1.1 超声波及其特性5.1.2 超声加工的基本原理5.1.3 超声加工的特点,5.1.1 超声波及其特性,超声波的频率范围,10-4Hz 16Hz,16kHz 105kHz,次声波,超声波,可听声波,超声波的特性（1）,超声波为纵波，可在各种介质中传播传递速度c=
2、f，-波长，f-频率不同介质中传播速度不同c空气=331m/s，c水=1430m/sc铁=5850m/s,超声波的特性（2）,可传递很强的能量 传播的能量密度垂直于波的传播方向单位面积上的能量J=c(A)2/2=2f(rad/s)A振幅（mm）介质的密度固体、液体的和c大 J大,超声波的特性（3）,在液体介质中传播时，在界面上产生液压冲击空化现象,超声波的特性（4）,通过不同介质时，波速突变折射反射介质的波阻抗c 之差越大，反射率越大连接面间加入凡士林或机油,超声波的特性（5）,在一定条件下，产生干涉和共振现象,距入射端距离为x的b点处：,入射波,反射波,合成波,共振的条件：杆长为半波长的整数
3、倍，L=k/2波节M点处：不振动,5.1.2 超声加工的基本原理,加工原理冲击(为主)抛磨磨料冲击工件表面空化作用工作液进入裂缝加快磨料更新速度有助于排屑超声加工演示,5.1.3 超声加工的特点,适合加工各种硬脆材料加工质量高，尺寸精度0.010.02mm，Ra0.630.08m，无残余应力宏观切削力小，切削热小，适合加工薄壁、窄缝、低刚度件可加工复杂型面及型腔加工效率低工具有损耗,5.2 超声加工设备及其组成部分,超声波发生器超声振动系统超声换能器变幅杆工具机床本体辅助系统磨料悬浮液循环系统换能器冷却系统,1-工作台2-上具3-变幅杆4-换能器5-导轨6-支架7-平衡重锤,5.2.1 超声波
4、发生器,作用：产生超声频率的电流,5.2.2 超声振动系统,超声换能器作用高频电振荡机械能换能器长度=k/2种类压电效应式磁致伸缩式,压电效应式石英晶体、钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅(ZrPbTiO3)伸缩量小(石英晶体：3kV时，0.01m)用于小功率超声加工磁致伸缩式铁磁体(Fe、Co、Ni)、铁氧体有高频涡流损失片状叠加“双频现象”交流正弦波脉动直流励磁电流,变幅杆作用：放大振幅振幅放大原理振幅,变幅杆的形式,(510倍)(1020倍)(20倍),工具,工具材料：45钢等韧性材料部件之间应连接紧密 螺纹连接处：涂凡士林油 支撑点应选在“驻波节电”处,5.2.3 超声加工机床,加工压力
5、调节：声部的自重-平衡重调压机构：杠杆、弹簧、气动、电磁铁,5.3 超声加工速度、精度、表面质量 及其影响因素,影响加工速度的因素 工具的振幅和频率 进给压力 磨料的硬度和粒度 磨料悬浮液的浓度工件和工具材料,超声加工精度和表面质量,孔加工范围0.190mm，深径比20孔加工精度0.050.02mm表面粗糙度Ra 10.08um,5.4 超声波的应用技术,超声切割加工型孔、型腔加工超声振动切削超声清洗超声波测距超声波探伤超声雾化,5.4.1 超声切割加工,单晶硅片切割方法,绞合线结构示意图,5.4.2 型孔、型腔加工,存在问题工具有损耗损耗不易补偿影响加工精度,a）微细孔b）型腔c）异形通孔d)弯曲孔e)刻槽g）套料h）切圆i）复杂沟槽,5.4.3 超声清洗(1),5.4.3 超声清洗(2),5.4.3 超声清洗(3),5.4.3 超声清洗(4),5.4.4 超声雾化,5.5 超声波加工新技术,超声波仿铣加工（Ultrasonic Milling),微细超声波加工技术,
