现代加工技术-05超声波加工.ppt

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1、哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波加工超声波加工1贾宝贤贾宝贤(5687026Ultrasonic MachiningUSM清华大学清华大学-特种加工工艺特种加工工艺(2011-2012春季冷加工春季冷加工)_421303366.pdf哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术课程内容大纲课程内容大纲21 1绪论绪论2 2电火花加工电火花加工3 3电火花线切割加工电火花线切割加工4 4电化学加工电化学加工5 5超声波加工超声波加工6 6磨料与水喷射加工磨料与水喷射加工7 7激光加工激光加工8 8快速快速原原型型制造制造9 9电子束、离子束加工电子束、离子束加工1010

2、化学、等离子体、磁性磨料加工化学、等离子体、磁性磨料加工、挤压珩磨、挤压珩磨哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术第二章第二章 超声波加工超声波加工32.1 2.1 超声波加工的原理特点超声波加工的原理特点2.2 2.2 超声波加工设备超声波加工设备2.3 2.3 超声加工工艺规律超声加工工艺规律2.4 2.4 超声波加工材料去除机理超声波加工材料去除机理2.5 2.5 超声加工的应用超声加工的应用2.6 2.6 超声振动切削加工超声振动切削加工哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.12.1超声波加工的基本原理和特点超声波加工的基本原理和特点4一、超声波及其特性一、超声

3、波及其特性1.1.声声波波：振振动动在在弹弹性性介介质质内内的的传传播播称称为为波波动动,简简称称波波。波动的物理实质是能量的传递过程。波动的物理实质是能量的传递过程。p可闻声波：可闻声波：频率在频率在16160000Hz之间的声波。之间的声波。p次声波：次声波：频率低于频率低于16Hz的声波。的声波。p超声波：超声波：频率高于频率高于16000Hz的声波。的声波。p特超声波：特超声波：频率高于频率高于1010Hz的声波。的声波。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术声波的频率界限图5声波声波超声波超声波次声波次声波特超声波特超声波哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2

4、2、超声波的基本特性、超声波的基本特性6（1）超声波与声波一样，在气体、液体和固体等）超声波与声波一样，在气体、液体和固体等不同弹性介质中不同弹性介质中传播时，其传播速度不同。传播时，其传播速度不同。（2）超声波能传递很强的能量，它对其）超声波能传递很强的能量，它对其传播方向上的障碍物施加传播方向上的障碍物施加压力（声压）。压力（声压）。超声波是一种纵波，其振动能量的强弱可用能超声波是一种纵波，其振动能量的强弱可用能量密度来衡量量密度来衡量,其能量密度可达其能量密度可达100W/cm2以上。以上。（3）超声波在液体介质中传播时，可）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和在界面上产

5、生强烈的冲击和空化作用空化作用，强化加工过程的进行。，强化加工过程的进行。（4）超声波会）超声波会产生反射、干涉和共振现象，产生反射、干涉和共振现象，出现波的叠加作用，出现波的叠加作用，从而获得更大的加工能量。从而获得更大的加工能量。形成真空，产生形成真空，产生气泡气泡空泡闭合，形成空泡闭合，形成压力压力高频上下运动：高频上下运动：f f 16kHz16kHz哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、超声加工的基本原理二、超声加工的基本原理71、超超声声波波加加工工的的基本原理基本原理超超声声波波加加工工是是利利用用超超声声波波作作动动力力，推推动动磨磨料料以以极极高高的的速速度度冲

6、冲击击工工件件表表面面，工工件件材材料料在在磨磨料打击下被破坏、脱落。料打击下被破坏、脱落。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、超声加工的基本原理二、超声加工的基本原理81、超超声声波波加加工工的的基本原理基本原理超声波加工超声波加工56.flv56.flv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、三、超声波加工的特点超声波加工的特点91.适适合合加加工工各各种种硬硬脆脆材材料料，特特别别是是不不导导电电的的非非金金属材料，例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。属材料，例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。2.工具工具可用较软的材料做可用较软的材料做较复杂的形状。较复

7、杂的形状。3.工具与工件相对运动简单，使工具与工件相对运动简单，使机床结构简单机床结构简单。4.切切削削力力小小、切切削削热热少少，不不会会引引起起变变形形及及烧烧伤伤，加工精度与表面质量也较好。加工精度与表面质量也较好。5.超超声声波波加加工工的的面面积积较较小小，工工具具头头磨磨损损较较大大，因因此，此，生产率低。生产率低。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.2超声波加工设备超声波加工设备10 超超声声波波加加工工设设备备又又称称超超声声波波加加工工装装置置，尽尽管管不不同同功功率率大大小小、不不同同公公司司生生产产的的超超声声波波加加工工设设备备在在结结构构形形式式上上各

8、各不不相相同同，但但其其组成部分基本相同。组成部分基本相同。超超声声波波加加工工装装置置一一般般都都由由超超声声发发生生器器、超超声声振振动动系系统统（声声学学部部件件）、机机床床本本体体和和磨磨料料工工作作液液循循环环系统等部分组成。系统等部分组成。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、超声波发生器一、超声波发生器11p作作用用：将将工工频频交交流流电电转转变变为为具具有有一一定定功功率率输输出出的的超超声声频频电振荡。电振荡。p要求：要求：输出的功率和频率在一定范围内连续可调。输出的功率和频率在一定范围内连续可调。图7-3 超声发生器的组成方图 哈工大哈工大(威海威海)现代加

9、工技术现代加工技术超声波发生器与换能器变幅杆工具12哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、超声波换能器二、超声波换能器13（1）换能器）换能器作作用用：将将超超声声频频电电电电振振振振荡荡荡荡信信号号转转换换为为超超声频声频机械振动。机械振动。机械振动。机械振动。分类分类：1.压压压压电电电电式式式式换换换换能能能能器器器器（利利利利用用用用压电效应制成）压电效应制成）压电效应制成）压电效应制成）2.2.磁磁磁磁致致致致伸伸伸伸缩缩缩缩式式式式换换换换能能能能器器器器（利利用用磁磁磁磁致致致致伸伸伸伸缩缩缩缩效效效效应应应应制成制成）哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技

10、术1.压电效应压电效应14石石英英晶晶体体、钛钛酸酸钡钡（BaTiO3）陶陶瓷瓷、锆锆钛钛酸酸铅铅（ZrPbTiO3）压压电电陶陶瓷瓷等等物物质质受受外外力力变变形形时时，在在界界面面上上产产生电势；或者相反的情况生电势；或者相反的情况。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.磁致伸缩效应磁致伸缩效应15铁铁、钴钴、镍镍及及其其合合金金的的长长度度能能随随其其所所处处的的磁磁场场强强度度的变化而伸缩的变化而伸缩的现象。的现象。较压电式换能器有较高的机械强度和输出功率。较压电式换能器有较高的机械强度和输出功率。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术磁致伸缩磁致伸缩16哈工大

11、哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、超声波变幅杆三、超声波变幅杆17p作作用用：将将换换能能器器获获得得的的超超声声振振动动振振幅幅加加以以扩扩大大，以以达到加工所需的振幅。达到加工所需的振幅。p分类分类：锥锥 形形-扩扩 大大 比比 较较 小小（5-10倍），易制造。倍），易制造。指指数数形形-扩扩大大比比中中等等（1020倍），难制造。倍），难制造。阶阶 梯梯 形形-扩扩 大大 比比 大大（20倍倍以以上上），易易制制造。造。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术扩大振幅的原因扩大振幅的原因18p通过变幅杆任一截面的振动能量不变（传播损耗不记）通过变幅杆任一截面的振动能

12、量不变（传播损耗不记）;p截面越小，能量密度越大截面越小，能量密度越大，振动振幅也就越大，振动振幅也就越大;p能量密度与振幅的平方成正比。能量密度与振幅的平方成正比。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术四、超声波加工工具四、超声波加工工具19p作作用用：推推动动磨磨料料和和悬悬浮浮液液冲冲击击工件表面，加工出形状和尺寸。工件表面，加工出形状和尺寸。p形形状状和和尺尺寸寸：取取决决于于被被加加工工表表面面的的形形状状和和尺尺寸寸，它它们们相相差差一一个个“加工间隙加工间隙”。p材料材料：4545钢钢钢钢、碳碳碳碳素素素素工工工工具具具具钢钢钢钢一一般般硬硬脆材料；脆材料；硬硬硬硬质质

13、质质合合合合金金金金、淬淬淬淬火火火火钢钢钢钢加加工工精精度高；度高；金刚石镀覆金刚石镀覆金刚石镀覆金刚石镀覆特殊要求。特殊要求。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术工具哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术五、机床五、机床211工作台；工作台；2工具；工具；3变幅杆；变幅杆；4换能器；换能器；5标尺；标尺；6导轨；导轨；7支架；支架；8 平平 衡衡 重重锤锤哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波加工机床超声波加工机床USM.aviUSM.avi哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术六、磨料工作液及其循环系统六、磨料工作液及其循环系统23（1）工

14、作液）工作液常用、效果较好常用、效果较好水水表面质量要求高表面质量要求高煤油或机油煤油或机油（2）磨料）磨料碳化硼、碳化硅或氧化铝碳化硼、碳化硅或氧化铝生产率要求高生产率要求高颗粒大颗粒大加工精度、表面质量要求高加工精度、表面质量要求高颗粒小颗粒小（3）循环系统循环系统小型加工设备小型加工设备人工浇注、定期更换人工浇注、定期更换大型加工设备大型加工设备流量泵自动供给流量泵自动供给工具、变幅杆尺寸较大工具、变幅杆尺寸较大在其中开孔，由孔内抽吸。在其中开孔，由孔内抽吸。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.3超声加工工艺规律超声加工工艺规律24一、加速度及其影响因素一、加速度及其影响

15、因素p定定义义：加加工工速速度度指指单单位位时时间间内内去去除除材材料料的的多多少少，以以mm3/min或或g/min为单位来表示。为单位来表示。p影影响响加加工工速速度度的的因因素素：主主要要有有工工具具的的振振幅幅和和频频率率、进进给给压压力力、磨磨料料的的种种类类和和粒粒度度、被被加加工工材材料料、磨磨料悬浮液的浓度。料悬浮液的浓度。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术1、工具振幅和频率的影响、工具振幅和频率的影响25p过过大大的的振振幅幅和和过过高高的的频频率率会会使使工工具具和和变变幅幅杆杆承承受受很很大大的的内内应应力力，振振幅幅一一般般在在0.010.1mm之之间间，

16、频率在频率在1600025000Hz之间。之间。p在在实实际际加加工工中中需需根根据据不不同同工工具具调调至至共共振振频频率率，以以获得最大振幅，从而达到较高的加工速度。获得最大振幅，从而达到较高的加工速度。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2、进给压力的影响、进给压力的影响26p加工时工具对工件应有一个适当的进给压力。加工时工具对工件应有一个适当的进给压力。p压压力力过过小小时时，工工具具端端面面与与工工件件加加工工表表面面间间的的间间隙隙增大，从而减少了磨料对工件的锤击力；增大，从而减少了磨料对工件的锤击力；p压压力力增增大大，间间隙隙减减少少，当当间间隙隙减减少少到到一一定

17、定程程度度则则会会降降低低磨磨料料与与工工作作液液的的循循环环更更新新速速度度，从从而而降降低低生产率。生产率。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3、磨料种类和粒度的影响、磨料种类和粒度的影响27p加工时针对不同强度的工件材料可选择不同的磨料。加工时针对不同强度的工件材料可选择不同的磨料。p磨料强度愈高，加工速度愈快，但要考虑价格成本。磨料强度愈高，加工速度愈快，但要考虑价格成本。p加加工工宝宝石石、金金刚刚石石等等超超硬硬材材料料，必必须须选选用用金金刚刚石石；加加工工淬淬火火钢钢、硬硬质质合合金金，应应选选用用碳碳化化硼硼；加加工工玻玻璃璃、石英和硅、锗等半导体材料，选用氧化

18、铝磨料。石英和硅、锗等半导体材料，选用氧化铝磨料。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4、磨料悬浮液浓度的影响、磨料悬浮液浓度的影响28p磨磨料料悬悬浮浮液液浓浓度度低低，加加工工间间隙隙内内的的磨磨粒粒少少，特特别别是是在在加加工工面面积积大大、深深度度较较大大时时可可能能造造成成加加工工区区局局部没有磨料，使加工速度大大降低。部没有磨料，使加工速度大大降低。p磨磨料料浓浓度度的的增增加加，加加工工速速度度也也增增加加，但但浓浓度度太太高高，磨磨粒粒在在加加工工区区域域内内的的循循环环运运动动和和对对工工件件的的撞撞击击运运动受到影响，又会导致加工速度降低。动受到影响，又会导致加

19、工速度降低。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术5、被加工材料的影响、被加工材料的影响29p被被加加工工材材料料愈愈硬硬脆脆，则则承承受受冲冲击击载载荷荷的的能能力力愈愈低低，愈愈易易被被去去除除加加工工，反反之之，韧韧性性愈愈好好，愈愈不易加工。不易加工。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、加工精度的影响因素二、加工精度的影响因素30超超声声波波的的加加工工精精度度，除除了了机机床床、夹夹具具精精度度影影响响外，主要与以下因素有关：外，主要与以下因素有关：（1）磨料粒度；）磨料粒度；（2）工具精度及其磨损情况；）工具精度及其磨损情况；（3）工具横向振动大小；）工具

20、横向振动大小；（4）加工深度；加工深度；（5）被加工材料性质等。）被加工材料性质等。超超声声波波加加工工的的孔孔径径范范围围0.190mm，孔孔深深为为孔孔径径的的1020被以上。孔的精度可达被以上。孔的精度可达0.02mm或更高。或更高。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、表面质量的影响三、表面质量的影响31p超超声声波波加加工工具具有有良良好好的的表表面面质质量量，不不会会产产生生表表面面变变质层和烧伤；质层和烧伤；p超超声声波波加加工工的的表表面面粗粗糙糙度度主主要要与与磨磨粒粒尺尺寸寸、工工件件材材料性质、超声波振幅以及磨料悬浮液的成分等有关。料性质、超声波振幅以及磨料

21、悬浮液的成分等有关。磨磨粒粒尺尺寸寸愈愈小小，超超声声振振幅幅愈愈小小，工工件件材材料料越越硬硬，生生产率愈低，表面粗糙度愈会得到明显改善；产率愈低，表面粗糙度愈会得到明显改善；用用煤煤油油或或者者润润滑滑油油代代替替水水可可使使表表面面粗粗糙糙度度值值减减小小，提高表面质量。提高表面质量。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.4 2.4 超声波加工材料去除机理超声波加工材料去除机理32p超声发生器将交流电转变为超声电振荡；超声发生器将交流电转变为超声电振荡；p换能器将电振荡转变为机械振动；换能器将电振荡转变为机械振动；p变变幅幅杆杆将将振振幅幅放放大大至至0.050.1mm，驱

22、驱动动工工具作超声振动。具作超声振动。p工工具具推推动动磨磨料料高高速速撞撞击击、抛抛磨磨工工件件，击击碎碎工件表面材料，并使之去除；工件表面材料，并使之去除；p工工作作液液产产生生的的液液压压冲冲击击波波和和空空化化作作用用加加快快了表面材料的裂纹扩展和破坏。了表面材料的裂纹扩展和破坏。p超超声声波波加加工工是是机机械械撞撞击击、抛抛磨磨、空空化化作作用用的综合结果。其中撞击起主要作用。的综合结果。其中撞击起主要作用。超声波空化作用：超声波空化作用：指存在于液体中的微小气泡，在声波的作用下振动，当指存在于液体中的微小气泡，在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。空

23、化作用一般包括声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。空化作用一般包括3个阶段：空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。个阶段：空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声加工原理图超声加工原理图33 变幅杆变幅杆超声超声波发波发生器生器超声波加工原理图超声波加工原理图振动方向振动方向工具工具换能器换能器工作液工作液喷嘴喷嘴工件工件哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.5超声加工的应用超声加工的应用34p超超声声波波加加工工的的生生产产率率虽虽然然比比电电火火花花加加工工和和电电解解加加工工低，但其低，但其加工精度和表面质量加工精度和表面质量

24、都优于它们。都优于它们。p更更重重要要的的是是可可以以加加工工它它们们难难以以加加工工的的半半导导体体和和非非金金属属的的硬硬脆脆材材料料，如如玻玻璃璃、陶陶瓷瓷、石石英英、硅硅、玛玛瑙瑙、宝石、金刚石等。宝石、金刚石等。p对对于于电电火火花花加加工工后后的的一一些些淬淬火火钢钢、硬硬质质合合金金冲冲模模、拉拉丝丝模模、塑塑料料模模等等，最最后后还还经经常常用用超超声声波波抛抛磨磨、光光整加工，使表面粗糙度进一步降低。整加工，使表面粗糙度进一步降低。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声加工的应用超声加工的应用35型孔、型腔加工型孔、型腔加工超声切割加工超声切割加工超声清洗超声清

25、洗超声波测距超声波测距超声波探伤超声波探伤超声雾化超声雾化超声振动切削超声振动切削哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、型孔、型腔加工一、型孔、型腔加工36超声波目前主要应用在超声波目前主要应用在脆硬材料脆硬材料的圆孔、的圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等的加工。型孔、型腔、套料、微细孔等的加工。图图7-12超声波加工的型孔、腔孔类型超声波加工的型孔、腔孔类型哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术成形孔加工成形孔加工异异形孔加工形孔加工型腔加工型腔加工雕刻雕刻切割切割外螺外螺纹内内螺螺纹表面表面研研磨和抛光磨和抛光应应用用实实例例应用实例哈工大哈工大(威海威海)现代加工技

26、术现代加工技术超声波加工样件超声波加工样件样件哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术微细孔加工微细孔加工39近几年来，超声波加工已向近几年来，超声波加工已向微细加工微细加工领域扩展，日本东领域扩展，日本东京大学工业科学学院采用超声波加工方法，加工出了京大学工业科学学院采用超声波加工方法，加工出了玻璃上直径玻璃上直径9m的微孔的微孔微小透平腔微小透平腔哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术v微细超声波加工技术微细超声波加工技术哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、切割加工二、切割加工41对于难以用普通加工方法切割的脆硬材料如陶瓷、石英、对于难以用普通加工方法切割

27、的脆硬材料如陶瓷、石英、硅、宝石等用超声波加工具有切片薄、切口窄、精度高、硅、宝石等用超声波加工具有切片薄、切口窄、精度高、生产率高、经济性好等优点。生产率高、经济性好等优点。图图7-15超声波切割加工超声波切割加工哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术单晶硅片切割方法单晶硅片切割方法哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、超声波清洗三、超声波清洗47p原理：原理：基于清洗液在超声波

28、作用下产生基于清洗液在超声波作用下产生空化效应空化效应的结的结果。空化效应产生的强烈冲击液直接作用到被清洗的果。空化效应产生的强烈冲击液直接作用到被清洗的部位，使污物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来。部位，使污物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来。p应用：应用：主要用于几何形状复杂、清洗质量要求高主要用于几何形状复杂、清洗质量要求高而用而用其它方法清洗效果差的中小精密零件，特别是工件上其它方法清洗效果差的中小精密零件，特别是工件上的深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、窄缝等部位的的深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、窄缝等部位的精清洗，生产率和净化率都很高。精清洗，生产率和净化率都很高。目前在半导体和集

29、成电路元件、仪器仪表零件、目前在半导体和集成电路元件、仪器仪表零件、电真空器件、光学零件、医疗器械等的清洗中应用。电真空器件、光学零件、医疗器械等的清洗中应用。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术图图2-18超声波清洗装置超声波清洗装置48哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声清洗超声清洗(1)(1)哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声清洗超声清洗(2)(2)哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声清洗超声清洗(3)(3)哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声清洗超声清洗(4)(4)哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工

30、技术四、超声波焊接四、超声波焊接53p原理：原理：利用超声振动作用去除工件表面的氧化膜，使工件露出本体表面，利用超声振动作用去除工件表面的氧化膜，使工件露出本体表面，使两个被焊工件表面在高速振动撞击下摩擦发热并亲和粘在一起。使两个被焊工件表面在高速振动撞击下摩擦发热并亲和粘在一起。p应应用用：用用于于焊焊接接尼尼龙龙、塑塑料料及及表表面面易易生生成成氧氧化化膜膜的的铝铝制制品品，还还可可以以在在陶陶瓷瓷等等非非金金属属表表面面挂挂锡锡、挂挂银银，从从而而改改善善这这些些材材料料的的可可焊焊性性；焊焊接接一一般很难焊接的稀有金属，如钛、钼等般很难焊接的稀有金属，如钛、钼等。哈工大哈工大(威海威海

31、)现代加工技术现代加工技术超声焊机超声波塑料焊接机超声波塑料焊接机哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术五、超声波去应力五、超声波去应力551 1：焊接母材：焊接母材 2 2：焊缝：焊缝 3 3：焊接母材：焊接母材 4 4：超声波处理线：超声波处理线哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术六、复合加工六、复合加工56采采用用超超声声波波加加工工硬硬质质合合金金、耐耐热热合合金金等等硬硬质质金金属属材材料料时时加加工工速速度度低低，工工具具损损耗耗大大，为为了了提提高高加加工工速速度度和和降降低低工工具具损损耗耗，采采用用超超声声波波、电电解解加加工工或或电电火火花花加加工工相

32、相结结合合来来加加工工喷喷油油嘴嘴、喷喷丝丝板板上上的孔或窄缝，这样可大大提高生产率和质量。的孔或窄缝，这样可大大提高生产率和质量。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术（1）超声电解复合加工）超声电解复合加工57 辅辅以以超超声声振振动动的的复复合合电电解解加加工工。用用于于难难加加工工材材料料的的表表面面光光整及深小孔加工。整及深小孔加工。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术（2）超声电火化复合加工）超声电火化复合加工58p原原理理：在在普普通通电电火火花花加加工工时时，引引入入超超声声波波，使使电电极极工工具具端端面面作作超超声声振振动动。超超声声声声学学部部件件夹

33、夹固固在在电电火火花花加加工工机机床床的的主主轴轴头头下下部部，脉脉冲冲电电源源加加在在工工具具和和工工件件上上，加工时主轴作伺服进给，工具端面作超声振动。，加工时主轴作伺服进给，工具端面作超声振动。p效效果果：不不加加超超声声时时电电火火花花精精加加工工的的放放电电脉脉冲冲利利用用率率为为3%5%，加加上上超超声声振振荡荡后后，电电火火花花精精加加工工时时的的有有效效放放电电脉脉冲冲利利用用率率可可提提高高50%以以上上，从从而而提提高高生生产产效率效率220倍。倍。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术复合抛光复合抛光59哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术（3）超声

34、抛光及电解超声复合加工）超声抛光及电解超声复合加工60利利用用导导电电油油石石作作导导电电工工具具，对对工工件件表表面面进进行行电电解解超超声声复复合合抛光加工，有利于改善表面粗糙度。抛光加工，有利于改善表面粗糙度。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术七、无损检测七、无损检测61利利用用超超声声波波定定向向发发射射、反反射射、穿穿透透大大多多数数材材料料特特性性，在测距、控制、监测及材料测量方面进行无损检测在测距、控制、监测及材料测量方面进行无损检测。例例如如：探探测测材材料料内内部部和和表表面面缺缺陷陷，评评价价物物理理、力力学学性性质质，锅锅炉炉、压压力力容容器器制制造造、运运

35、行行中中的检测。的检测。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波无损检测超声波无损检测哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术八、超声波在生活中的应用八、超声波在生活中的应用63哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波除尘超声波除尘64只要在烟囱里装一个超声只要在烟囱里装一个超声波除尘器，不消片刻，烟波除尘器，不消片刻，烟囱就冒着干净的白烟了。囱就冒着干净的白烟了。超声波除尘装置超声波除尘装置哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声雾化超声雾化哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波促进植物生长超声波促进植物生长66种子发芽需要水分

36、、种子发芽需要水分、氧气和一定的温度。种子氧气和一定的温度。种子外面裹着一层严严实实的外面裹着一层严严实实的种皮，它虽然能保护种子种皮，它虽然能保护种子不受伤害，但是它的透水不受伤害，但是它的透水性和透气性都不好，是种性和透气性都不好，是种子子“喝喝”不到足够的水分，不到足够的水分，“呼吸呼吸”也特别微弱，就也特别微弱，就像睡着了。因此，有了合像睡着了。因此，有了合适的条件也不易发芽。适的条件也不易发芽。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波促进植物生长超声波促进植物生长67当超声波射到浸泡在水里的种子时，激烈的超声振动会对种当超声波射到浸泡在水里的种子时，激烈的超声振动会对种

37、子产生一种类似摩擦的作用，因而使得种皮的透水性和透气性大子产生一种类似摩擦的作用，因而使得种皮的透水性和透气性大大增强，并能使种子得到一定温度。这样大增强，并能使种子得到一定温度。这样种子吸着水种子吸着水“发胖发胖”，呼吸也加快了，种子就能提早发芽。呼吸也加快了，种子就能提早发芽。同时同时超声波还能促使种子内贮存的淀粉、脂肪和蛋白质更好超声波还能促使种子内贮存的淀粉、脂肪和蛋白质更好的溶解于水，变成易被种胚吸收的养料，的溶解于水，变成易被种胚吸收的养料，苗儿就使劲的长个儿。苗儿就使劲的长个儿。此外，超声波还具有此外，超声波还具有杀菌作用杀菌作用，能杀死潜伏在种子身上的某些病，能杀死潜伏在种子身

38、上的某些病菌和虫卵。菌和虫卵。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波侦察海底超声波侦察海底68超声波在水中能过按超声波在水中能过按着一定的方向直线前进，它着一定的方向直线前进，它能传到几公里、几十公里，能传到几公里、几十公里，甚至几百公里以外。而且，甚至几百公里以外。而且，它又能形成射束，聚成很狭它又能形成射束，聚成很狭的一束，向一个方向传播。的一束，向一个方向传播。当它中途遇到障碍物时，又当它中途遇到障碍物时，又会有一部分能量按原方向反会有一部分能量按原方向反射回来。因此，当射回来。因此，当接收到回接收到回声讯号，经过放大送到显示声讯号，经过放大送到显示器，就可以立刻显示出目

39、标器，就可以立刻显示出目标的距离和方位了。的距离和方位了。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波诊断疾病超声波诊断疾病69医生会把发射超声波的探头放在病人体表的适当位置，让超声波在人医生会把发射超声波的探头放在病人体表的适当位置，让超声波在人体里面传播。当那个器官的了病，体里面传播。当那个器官的了病，反射的回升讯号与正常的情况不一样反射的回升讯号与正常的情况不一样，医，医生就可以诊断那部分脏器有了病变和分析病变的性质。比如像肿瘤、脑瘤、生就可以诊断那部分脏器有了病变和分析病变的性质。比如像肿瘤、脑瘤、肝硬化、胃下垂、结石等等。肝硬化、胃下垂、结石等等。此外，有一种此外，有一种“

40、超声波现象仪超声波现象仪”，人们还可以在它的电视荧光拼上看到，人们还可以在它的电视荧光拼上看到诸如跳动着的心脏、母亲腹内的胎儿等的活动诸如跳动着的心脏、母亲腹内的胎儿等的活动“电影电影”。因此，超声波也是。因此，超声波也是医生的好助手。医生的好助手。B超诊断疾病哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声测距超声测距-倒车雷达倒车雷达哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.6超声振动切削加工超声振动切削加工71 超超声声振振动动切切削削从从微微观观上上看看是是一一种种脉脉冲冲切切削削。在在一一个个振振动动周周期期中中，刀刀具具的的有有效效切切削削时时间间很很短短，大大于于8

41、0%80%时时间间的的里里刀刀具具与与工工件件、切切屑屑完完全全分分离离。刀刀具具与与工工件件、切切屑屑断断续续接接触触，这这就就使使得得刀刀具具所所受受到到的的摩摩擦擦变变小小，所所产产生生的的热热量量大大大大减减少少，切切削削力力显显著著下下降降，避避免免了了普普通通切切削削时时的的“让让刀刀”现现象象，并并且且不不产产生生积积屑屑瘤瘤。利利用用这这种种振振动动切切削削，在在普普通通机机床床上上就就可可以以进进行行精精密密加加工工，圆圆度度、圆圆柱柱度度、平平面面度度、平平行行度度、直直线线度度等等形形位位公公差差取取主主要要决决于于机机床床主主轴轴及及导导轨轨精精度度，最最高高可可达达到

42、到接接近近零零误误差差，使使以以车车代代磨磨、以以钻钻代铰、以铣代磨成为可能。代铰、以铣代磨成为可能。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声振动切削加工超声振动切削加工72 与与高高速速硬硬切切削削相相比比，不不需需要要高高的的机机床床刚刚性性，并并且且不不破破坏坏工工件件表表面面金金相相组组织织。在在曲曲线线轮轮廓廓零零件件的的精精加加工工中中，可可以以借借助助数数控控车车床床、加加工工中中心心等等进进行行仿仿形形加加工工，可可以以节节约约高高昂昂的的数数控磨床购置费用。控磨床购置费用。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声振动切削超声振动切削哈工大哈工大(威海威

43、海)现代加工技术现代加工技术超声振动切削超声振动切削74哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术优点优点751.1.切削力小，约为普通刀具切削力的切削力小，约为普通刀具切削力的 1/3-1/101/3-1/10。2.2.加加工工精精度度高高，主主要要取取决决于于所所用用机机床床精精度度，所所加加工工工工件件形形位位公公差差几几乎乎可接近机床相关精度。可接近机床相关精度。3.3.切削温度低，工件保持室温状态。切削温度低，工件保持室温状态。4.4.不产生积屑瘤，工件变形小，没有毛刺。不产生积屑瘤，工件变形小，没有毛刺。5.5.切削表面粗糙度低，可接近理论粗糙度值，最高可达切削表面粗糙度低，

44、可接近理论粗糙度值，最高可达Ra0.2Ra0.2以下。以下。6.6.被被加加工工零零件件的的“刚刚性性化化”，即即与与普普通通切切削削相相比比，相相当当于于工工件件刚刚性性提提高。高。7.7.加工过程稳定，能有效消除颤振。加工过程稳定，能有效消除颤振。8.8.切削液的冷却、润滑作用提高。切削液的冷却、润滑作用提高。9.9.刀具耐用度呈几倍到几十倍提高。刀具耐用度呈几倍到几十倍提高。10.10.被被加加工工表表面面呈呈压压应应力力状状态态，零零件件疲疲劳劳强强度度、耐耐磨磨性性、耐耐腐腐蚀蚀性性提提高。高。11.11.切削后的工件表面呈彩虹效果。切削后的工件表面呈彩虹效果。哈工大哈工大(威海威海

45、)现代加工技术现代加工技术应用应用76由由于于超超声声振振动动切切削削有有如如此此多多的的优优点点，所所以以可可广广泛泛应应用用于于航航空空、航天、军工等领域各种难加工材料的切削加工。航天、军工等领域各种难加工材料的切削加工。1.难难加加工工材材料料切切削削：如如耐耐热热钢钢、钛钛合合金金、恒恒弹弹性性合合金金、高高温温合合金、不锈钢、冷硬铸铁、工程陶瓷、复合材料和花岗岩等。金、不锈钢、冷硬铸铁、工程陶瓷、复合材料和花岗岩等。2.加加工工淬淬硬硬钢钢零零件件及及超超硬硬零零件件，能能得得到到很很高高的的加加工工精精度度和和表表面面质质量量：用用硬硬质质合合金金刀刀具具可可以以很很轻轻松松地地加

46、加工工硬硬度度达达HRC60以以上上的的淬淬硬硬钢钢零零件件，如如高高速速钢钢、轴轴承承钢钢等等；用用PCD刀刀具具加加工工硬硬质质合合金金，可以大大提高刀具的耐用度。可以大大提高刀具的耐用度。3.成成型型切切削削：利利用用成成型型切切削削刀刀具具加加工工各各种种类类型型的的轮轮廓廓曲曲面面及及内内外球面、过度圆弧、锥面等。外球面、过度圆弧、锥面等。4.细长杆件及薄壁件车削加工。细长杆件及薄壁件车削加工。5.超细直径零件车削加工。超细直径零件车削加工。6.超精密加工。超精密加工。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声振动切削规律超声振动切削规律哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波复合振动研磨超声波复合振动研磨哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术纵向振动超声珩磨纵向振动超声珩磨哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波加工新技术超声波加工新技术v超声波仿铣加工（超声波仿铣加工（Ultrasonic Milling)Ultrasonic Milling)哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术超声波加工超声波加工USM.aviUSM.avi81