超声波加工的应用

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超声波加工技术的研究与应用

超声波加工技术的研究与应用

超声波加工技术的研究与应用超声波是指频率大于20 kHz的机械波,因其具有易于调节、浅表性加工等优势,近年来在加工领域得到广泛应用,成为一种重要的新兴加工技术。

本文将从超声波加工技术的原理、特点、研究现状以及应用领域四个方面进行阐述。

一、超声波加工技术的原理超声波加工技术的核心原理是利用超声波传导的机械振动引起物体的微小位移,从而实现加工目的。

超声波加工技术通常采用高频振荡器产生超声波,其能量通过声波振幅传递到加工工具,再通过工具的振动作用于被加工物体。

这种超声波传导的振动能量有强烈的破坏性,可以使材料迅速产生渐进性断裂,从而进行相应的加工。

超声波加工技术可分为振动智能控制,超声冲击波加工控制,超声波整理和超声波车削几类。

二、超声波加工技术的特点超声波加工技术具有以下特点:(1)易于调节。

由于超声波频率可随意变换,所以加工过程中易于调控,不会对材料本身造成过大的损伤。

(2)针对表面加工。

由于超声波加工的振动频率大,因此只能实现浅表性的加工,通常用于表面修整、去毛刺、去污等精细处理。

(3)高效节能。

超声波加工技术的加工效率高,同时由于其加工方式具有局部性,因此能够充分利用能量,达到高效节能的目的。

三、超声波加工技术的研究现状目前,国内外对于超声波加工技术的研究大部分集中于超声波加工的机理、材料性能变化、加工参数优化等方面。

近年来,超声波加工技术在新材料加工领域得到广泛应用,如新型金属材料、高强度焊接材料等都可以用超声波加工来进行修整、加工、处理等。

此外,超声波加工技术还在精密加工、微机械加工等领域得到广泛应用,其中最典型的应用就是超声波打孔技术,多用于石英和陶瓷等硬质材料的加工。

四、超声波加工技术的应用领域超声波加工技术具有广泛的应用领域。

其中,应用最广的无疑是超声波手术刀,已成为现代微创手术的首选器械。

同时,在汽车、航空、航天、军工等领域,超声波加工技术也得到了广泛的应用,如超声波焊接、超声波清洗、超声波测厚等。

超声波技术在材料加工中的应用前景

超声波技术在材料加工中的应用前景

超声波技术在材料加工中的应用前景随着科技的不断发展,材料加工技术也在不断地创新和改进。

近年来,超声波技术在材料加工中的应用越来越受到人们的重视。

超声波技术是利用高频声波振动控制材料的性质和变形,从而实现对材料加工的精细控制,具有很多优点。

本篇文章将探讨超声波技术在材料加工中的应用前景。

一、超声波在金属加工中的应用1、超声波疲劳试验超声波疲劳试验是一种非常有效的金属疲劳试验方法,可以在实验室环境下模拟金属工件在使用过程中的反复载荷。

超声波的振动频率高达20kHz以上,可以有效地模拟金属工件在使用时的振动状况,再通过对材料的疲劳裂纹扫描和分析,得出材料的疲劳性能。

2、金属复合材料加工金属复合材料是一种高强度、高韧性的材料,由于其材料结构复杂,在加工过程中常常会出现微小裂纹,从而对材料的强度和韧性产生影响。

超声波技术可以通过对金属复合材料表面进行超声波脉冲处理,有效地修复材料表面的裂纹,提高材料的强度和韧性。

3、金属焊接过程控制在金属焊接过程中,超声波技术可以通过反馈控制系统,对焊接热量和焊接压力进行实时控制,从而达到更加精细的焊接效果。

此外,超声波振动可以改善焊接过程中的流体动力性能,使热量分布更加均匀,从而提高焊接质量和效率。

二、超声波在塑料加工中的应用1、塑料微模具加工超声波技术可以通过超声波振动切割,将塑料微模具中细小的结构进行加工,从而制造出高精度的塑料微件。

此外,塑料微模具加工中,超声波技术还可以通过塑料熔融挤压机构来加速塑料的冷却过程,降低塑料制品的生产成本。

2、塑料焊接过程控制在塑料焊接过程中,超声波技术可以通过实时反馈数据,对焊接过程进行自动控制,从而提高焊接质量和效率。

此外,超声波振动可以改善塑料在焊接过程中的流体动力性能,让焊接热量分布更加均匀,从而降低塑料焊接过程中的变形和破裂风险。

三、超声波在其他材料加工中的应用1、超声波斩石超声波斩石是一种利用超声波振动切割石材的技术,可以用于制作大理石和花岗岩等高端材料的雕刻。

超声加工的原理及应用

超声加工的原理及应用

超声加工的原理及应用1. 超声加工的原理超声加工是一种利用超声波在材料表面产生机械振动,以实现加工的一种技术。

其原理主要有以下几个方面:1.1 超声波的产生超声波是指频率在20kHz以上的声波。

在超声加工中,超声波的产生通常使用压电效应。

通过施加电压和施加压力,将压电晶体引起固有的振动,产生超声波。

1.2 超声波的传播在超声加工中,超声波通过声导波器(传感器)传播到材料表面。

通过声导波器的设计,将电能转化为机械能,将超声波能量传导到材料表面。

1.3 超声波的作用超声波作用在材料表面时,会引起材料表面的微小振动。

这种微小振动可以通过摩擦、压力等方式,产生加工作用力。

超声波的作用力可以使材料表面发生塑性变形、磨削、清洁等加工效果。

1.4 超声波的效应超声加工的效应主要有以下几个方面:•磨削效应:超声波振动可以改变材料表面的摩擦性质,从而实现磨削效果。

超声波磨削可以去除材料表面的氧化层、氧化物、污垢等。

•加工效应:由于超声波的振动作用力,可以改变材料的物理性质,如硬度、强度等。

超声波加工可以提高材料表面的光洁度、增加颗粒的尺寸、改变材料的晶体结构等。

•清洁效应:超声波振动可以产生高频的压力变化,使附着在材料表面的污垢、颗粒等杂质受到冲击,从而实现清洁效果。

2. 超声加工的应用超声加工技术在各个领域都有广泛的应用。

以下列举几个常见的应用领域:2.1 金属加工在金属加工中,超声加工可以用来改善工件的表面质量。

通过超声波振动的作用,可以去除材料表面的氧化层、氧化物等污染物,提高材料的光洁度、光泽度。

2.2 玻璃加工在玻璃加工中,超声加工可以用来实现玻璃边缘的光滑和加工。

通过超声波的磨削和加工效应,可以去除玻璃边缘的毛刺、划痕等缺陷,提高玻璃的边缘质量。

2.3 橡胶加工在橡胶加工中,超声加工可以用来改善橡胶制品的表面质量。

通过超声波的振动作用,可以去除橡胶制品表面的气泡、毛刺、污垢等缺陷,提高橡胶制品的质量和性能。

超声加工技术的应用及发展趋势

超声加工技术的应用及发展趋势

1 序言近年来,先进工程材料在航空航天、汽车、半导体、3C和医疗等制造业领域中不断涌现,如钛合金、高温合金、工程陶瓷、陶瓷基复合材料以及蜂窝复合材料等,这些材料具有优异的使用性能,然而机械加工性能很差,属于典型的难加工材料[1]。

在使用传统的机械制造技术对这些材料进行精密加工时遇到了一定的瓶颈,一种新型的制造工艺技术——超声加工技术,即Ultrasonic Machining(UM),受到越来越多的关注并得到大量的应用。

超声加工技术是一种通过超声波振动能量实现难加工材料精密去除的工艺技术,该技术是将超声波振动能量通过一系列结构的传播和变换聚焦在刀具的工作区域,从而形成被切削材料的冲击去除效果,进而可以提高众多难加工材料的可加工性能。

该技术在加工过程中具有众多优点,如:降低切削力和减少切削热、减小刀具磨损和崩边毛刺、优化切屑形态、提高表面质量、降低亚表面损伤以及提高加工效率等(每个加工工艺具体的改善效果因超声刀具、材料、工艺等的不同而存在一定的差别)。

超声加工技术是一种基于功率超声技术发展起来的特种加工技术,它本质上是一个物理去除过程,不涉及材料性质的改变。

随着市场化的需求越来越强烈,超声加工技术中商用标准化系统也成为了目前市场需求的重点,相关的超声加工技术开始走出实验室,在众多典型难加工材料的精密加工中得到应用,如:光学玻璃、蓝宝石、陶瓷、氧化铝陶瓷、钛合金、高温合金、碳纤维复合材料以及铝基碳化硅复合材料等,其应用领域及典型案例如图1所示。

近几年,国内难加工材料的大量应用,带来了较多的超声加工技术应用需求,促使了该技术的市场化,多家科研机构和制造企业纷纷开始进行超声加工技术的产业化应用。

图1超声加工应用领域及典型案例2 超声加工技术发展现状“工欲善其事,必先利其器”,超声加工技术是针对难加工材料精密加工的利器。

在大多数切削加工领域,超声加工更确切的名称应该为“超声辅助精密加工”,即在传统切削加工技术上辅助超声振动,从而实现特殊的材料去除效果。

超声波在食品加工中的应用有哪些

超声波在食品加工中的应用有哪些

超声波在食品加工中的应用有哪些在现代食品加工领域,超声波技术正逐渐展现出其独特的优势和广泛的应用前景。

超声波,作为一种高频机械波,其频率高于人类听觉上限,具有能量集中、穿透力强等特点。

这一技术在食品加工中的应用,为提高食品质量、增加生产效率、创新加工工艺等方面带来了诸多可能性。

超声波在食品清洗中的应用效果显著。

在水果、蔬菜的清洗过程中,传统的清洗方法可能无法彻底去除表面的污垢、农药残留以及微生物。

而超声波清洗则能够通过其高频振动产生的微小气泡,在破裂时产生强大的冲击力,将污垢和污染物从食品表面剥离。

这不仅提高了清洗的效率和效果,还最大程度地减少了化学清洗剂的使用,降低了对食品的二次污染风险,保障了食品的安全和卫生。

在食品切割方面,超声波技术也有着出色的表现。

与传统的切割方式相比,超声波切割能够实现更精准、更平滑的切割效果。

尤其对于一些质地较软或者容易变形的食品,如蛋糕、奶酪等,超声波切割可以避免挤压和变形,保持食品的原有形态和结构。

同时,由于切割过程中的摩擦热较小,还能够减少食品营养成分的损失,提高产品的品质。

超声波在食品干燥中的应用也逐渐受到关注。

传统的干燥方法往往需要较长的时间,并且可能会导致食品的质地和口感发生变化。

而超声波辅助干燥技术能够加速水分的蒸发,缩短干燥时间。

在干燥过程中,超声波的振动作用能够破坏食品内部的水分与固体之间的结合力,使水分更容易扩散和蒸发。

这不仅提高了干燥效率,还能更好地保留食品的营养成分和风味,为生产高品质的干燥食品提供了有力的技术支持。

超声波在食品乳化和均质方面发挥着重要作用。

在乳液和悬浮液的制备中,如奶制品、酱料等,超声波能够将不同相的物质充分混合,形成均匀稳定的体系。

通过其强大的机械作用,打破液滴和颗粒的团聚,使其粒径更小且分布更均匀,从而提高产品的稳定性和质量。

这种均质效果有助于改善食品的口感、质地和外观,增强产品的市场竞争力。

在食品提取方面,超声波同样具有显著的优势。

超声波在精密加工中的应用研究

超声波在精密加工中的应用研究

超声波在精密加工中的应用研究超声波技术是一种在材料加工过程中非常重要的工艺技术,它可以增强处理效果,优化工件质量,缩短加工周期,降低能源消耗。

近年来,随着科学技术的进步和工业化生产的不断发展,超声波技术在精密加工领域发挥的作用越来越大。

本文将探讨超声波在精密加工中的应用研究。

一、超声波在金属加工中的应用1. 拉伸加工中的应用超声波在拉伸加工中的应用较为普遍,它可以使金属材料在最小的变形条件下达到极限变形程度。

超声波是基于共振原理,在振幅足够大时,其作用力可以远远超过传统的拉伸加工。

目前,超声波拉伸加工已广泛应用于锻造、压铸、拉伸等金属加工领域。

2. 表面处理中的应用超声波在金属表面处理中的应用主要包括超声波磨料、超声波打磨、超声波除锈等。

这些处理方式可以使金属表面更加平滑,减少金属表面的缺陷,提高金属表面的质量和稳定性。

3. 金属切削加工中的应用超声波在金属切削加工中的应用与其他技术相比具有独特的优势,它可以提高加工质量,缩短加工周期,降低加工成本等。

目前,超声波在金属切削领域已得到广泛应用,如超声波加工中心、超声波切割机、超声波皮带磨削机等。

二、超声波在非金属加工中的应用除了在金属加工中广泛应用之外,超声波技术在非金属加工领域中也发挥了不同的作用。

1. 塑料加工中的应用超声波技术在塑料加工领域中具有广泛的应用前景,主要包括超声波焊接、超声波水处理和超声波清洗等。

这些应用可以提高产品的品质和稳定性,同时缩短生产周期。

2. 陶瓷加工中的应用超声波在陶瓷加工中的应用主要包括超声波破碎、超声波磨料和超声波鼓磨等。

这些应用可以提高陶瓷工件的质量和精度,同时降低加工难度和成本。

三、超声波在医疗领域中的应用除了在工业领域中应用之外,超声波技术在医疗领域中也具有广泛的应用。

超声波在医疗领域中的优点在于非侵入性、无放射性、低成本和可重复使用等方面。

目前,超声波医疗设备已非常普及,主要包括超声波诊断仪、超声波手术机和超声波治疗仪等。

超声波加工技术在制造业中的应用及发展

超声波加工技术在制造业中的应用及发展

超声波加工技术在制造业中的应用及发展超声波加工技术是一种利用超声波对物质进行机械加工、分解、焊接、切割等加工的技术。

它是一种非接触式的加工方式,具有精度高、能耗低、对周围环境污染少等优点,在现代制造业中得到了广泛的应用。

本文将从加工原理、加工方法和应用领域三个方面对超声波加工技术在制造业中的应用及发展进行介绍和分析。

一、加工原理超声波加工技术利用超声波在物质中传播的特性进行加工。

超声波是指频率高于20kHz的机械波,其较高的频率和短波长使得其穿透物质时能够对物质产生微小的振动和摩擦,从而引起物质的变形或者分解,实现加工的目的。

在超声波加工中,超声波通过换能器(transducer)转化成为机械振动,振动的幅度通常为微米级别,而频率通常在20kHz以上。

这种高频机械振动将加工部件(如工具或者刀具)的摩擦系数和压力增加了几倍以上,从而达到了超声波加工的目的。

二、加工方法1. 超声波冲击加工超声波冲击加工利用机械冲击和高频超声波的相互作用,将超声波的能量转化成冲击能量,实现对金属、陶瓷、石材等硬脆材料的加工。

冲击加工具通常是锥形、球形或者螺旋形的,通过超声波的震动驱动,加工部分会发生爆炸性的形变和裂纹,从而实现加工的目的。

超声波冲击加工的优点是能够进行精细加工,但加工速度较慢,只适用于小加工量的生产。

2. 超声波切割加工超声波切割加工是利用超声波在物质中产生的高频振动,通过对切割工具施加高频振动,实现对材料的切割。

切割工具通常是金属薄板、金属丝、钻头和锯片等。

切割时,超声波的能量通过切割工具传递到材料中,使其发生振动和变形,从而实现切割的目的。

超声波切割加工的优点是能够进行高速切割,不会产生粉尘和机床磨损,但是对材料有一定的厚度限制。

3. 超声波焊接超声波焊接是利用超声波在物质中产生的高频振动,通过对金属表面施加振动,从而实现金属的焊接。

焊接时,将金属部分挤压在一起,在部件接触面上施加高频振动,使金属表面微观颗粒之间不断摩擦和碰撞,达到焊接的目的。

超声加工技术的应用现状及其发展趋势

超声加工技术的应用现状及其发展趋势

超声加工技术是一种利用高频声波振动来进行加工和处理材料的技术。

它在多个领域有广泛的应用,其应用现状和发展趋势如下:应用现状:食品工业:超声波在食品工业中用于食品分散、混合、杀菌和提取。

它有助于改善食品质量、延长保质期和提高生产效率。

医疗领域:超声波在医疗成像、药物输送、封闭伤口、清洁器械等方面有广泛应用。

例如,超声波成像用于超声检查和产前检查。

材料加工:超声波可用于金属焊接、塑料焊接、切割、清洗、打磨和去除杂质。

它在制造业中用于提高产品质量和生产效率。

化学工业:超声波可用于化学反应的促进、分散、乳化和催化。

它在合成化学和制药工业中具有潜力。

环保技术:超声波可用于废水处理、污泥处理和空气净化。

它有助于减少环境污染和资源浪费。

发展趋势:创新应用:超声加工技术的创新应用不断涌现,如超声制造、纳米材料合成、超声流变学等。

这些新应用有望扩大超声技术的领域。

自动化和智能化:超声加工设备逐渐实现自动化和智能化,包括自动控制、远程监控和数据分析。

这将提高生产效率和生产质量。

环保和节能:超声加工技术有望成为更环保和节能的加工方法。

它可以减少化学物质的使用、减少废物产生和降低能源消耗。

多模态集成:超声加工技术与其他加工技术的多模态集成将成为趋势,以满足复杂加工需求。

高效材料加工:超声加工技术将更多地用于高效的材料加工,如超声切割、精密焊接和制造微细结构。

国际合作:超声加工技术的研究和应用将在国际合作和跨学科研究方面取得更大突破。

总的来说,超声加工技术在各个领域都有潜力,其发展将受益于创新应用、自动化、环保和国际合作。

随着科技的进步,超声加工技术将不断拓展其应用范围,提高效率,降低成本,并在各个领域发挥更大的作用。

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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 的围以。

在不同介质中的波长围非常广阔,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 ;c 铁=5850m/s 。

速度c 与波长λ和频率f 之间的关系可用下式表示:fc =λ 1.2 超声波加工原理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,加工原理如图1.1所示。

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。

1.3 超声波的加工特点1、加工围广;a .可加工淬硬钢、不锈钢、钛及其合金等传统切削难加工的金属、非金属材料;特别是一些不导电的非金属材料如玻璃、瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石及各种半导体等,对导电的硬质金属材料如淬火钢、硬质合金也能加工,但生产率低;b .适合深小孔、薄壁件、细长杆、低刚度和形状复杂、要求较高零件的加工;c .适合高精度、低表面粗糙度等精密零件的精密加工。

2、切削力小、切削功率消耗低;由于超声波加工主要靠瞬时的局部冲击作用,故工件表面的宏观切削力很小,切削应力、切削热更小。

3、工件加工精度高、表面粗糙度低;可获得较高的加工精度(尺寸精度可达0.005~0.02mm)和较低的表面粗糙度(Ra值为0.05~0.2),被加工表面无残余应力、烧伤等现象,也适合加工薄壁、窄缝和低刚度零件。

4、易于加工各种复杂形状的型孔、型腔和成型表面等;5、工具可用较软的材料做成较复杂的形状;6、超声波加工设备结构一般比较简单,操作维修方便。

二、超声波研究现状及应用2.1 超声波深小孔加工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。

前联在20世纪60年代就生产出带磨料的超声波钻孔机床。

在美国,利用工具旋转同时作轴向振动进行孔加工已取得了较好的效果。

日本已经制成新型UMT-7三坐标数控超声旋转加工机,功率450 W,工作频率20 kHz,可在玻璃上加工孔径1.6 mm、深150 mm的深小孔,其圆度可达0.005mm,圆柱度为0.02 mm。

英国申请了电火花超声复合穿孔的专利,该装置主要用于加工在导电基上有非导电层的零件,如在金属基上涂有压电瓷层的零件。

整个加工过程分两个阶段进行:首先用超声振动将非导电层去除掉,当传感器感知金属层出现时,即改用电加工或电火花与超声复合的方法进行加工。

该装置有效地解决了具有导电层和非导电层零件孔的加工问题。

2.2 拉丝模及型腔模具研磨抛光聚晶金刚石拉丝模超声研磨抛光技术在国外已获得广泛应用,新的超声研磨抛光方法和设备已出现。

市电加工研究所提出的“超硬工具材料电火花超声波复合抛光方法”,其特点是:采用超声频信号调制高频电火花脉冲电源与超声加工复合进行聚晶金刚石拉丝模研磨抛光。

该技术已获得国家专利,并在生产中获得应用。

2.3 难加工材料的超声波加工金属和非金属硬脆材料的使用越来越广泛,尤其是瓷材料,具有高硬度、耐磨损、耐高温、化学稳定性好、不易氧化、腐蚀等优点。

然而,由于工程瓷等难加工材料具有极高的硬度和脆性,其成形加工十分困难,特别是成形孔的加工尤为困难,严重阻碍了应用推广。

因此,国外许多学者展开了对难加工材料加工方法的研究,其中以超声加工较多。

英国阿伯丁大学国王学院研究了超声钻削难加工材料时工艺参数对材料去除率的影响,建立了间断性冲击过程的非线性模型,对冲击力的特性进行了研究,提出了一种新的材料去除率的计算方法,这种方法首次解释了材料去除率在较高的静态力作用下减小的原因。

美国布拉斯加大学和华达大学对Al2O3瓷材料微去除量精密超声加工技术进行了研究。

通过模拟瓷材料超声加工的力学特性对材料去除机制进行分析,研究发现,低冲击力会引起瓷材料结构的变化和晶粒的错位,而高冲击力会导致中心裂纹和凹痕。

美国布拉斯加大学还第一次分析了Al2O3瓷精密超声加工的机理、过程动力学以及发展趋势,并详细讨论了超声技术在瓷加工方面的应用情况。

2.4 超声波振动切削超声振动切削作为新兴的特种加工技术,引起了国外专家学者的广泛兴趣和极大关注。

最早对振动切削进行比较系统的研究、可以称为振动切削理论与应用技术奠基人的是日本学者隈部淳一郎。

他在20世纪50~60年代发表了许多振动切削方面的论文,系统地提出了振动切削理论,并成功地实现了振动车削、振动铣削、振动镗削、振动刨削、振动磨削等。

随后美国也对振动切削进行研究,到20世纪70年代中叶,振动车削、振动钻孔、振动磨削、光整加工等均已达到实用阶段,超声加工在难加工材料和高精度零件的加工方面显示了很大的优越性,取得了一系列研究成果,并在生产中得到推广应用。

2.5超声波复合加工将超声加工与其他加工工艺组合起来的加工模式,称为超声复合加工。

超声复合加工,强化了原加工过程,使加工的速度明显提高,加工质量也得到不同程度的改善,实现了低耗高效的目标。

三、超声波加工技术发展趋势及应用3.1 超声振动切削技术汽车工业高等专科学校采用超声振动切削方法对一汽变速箱厂生产的一直齿齿轮的滚齿加工进行了工艺实验[31],通过生产现场各种工艺参数实验及小批量试生产,收到了令人满意的效果,具有较好的发展前景。

装甲兵技术学院提出了一种超声微振车削的新工艺[2]。

其特点是功率小(50 W)、振幅小(2~5μm),同样可获得一般振动车削的效果。

超声振动切削的应用也日趋广泛,对其的研究主要应从几个方面进行:1、研制和采用新的刀具材料;2、研制和采用高效的振动切削系统;3、对振动切削机理深入研究;4、超声椭圆振动切削的研究与推广;5、超声铣削加工技术。

3.2 超声复合加工技术目前,超声波、电火花、机械三元复合加工技术的研究较快的发展。

工业大学利用超声波、电火花、磨料复合加工技术对不锈钢进行加工,解决了电火花小孔加工中生产率和表面质量不能兼顾的矛盾,具有较好的应用前景。

在现代工业生产中,模具的应用越来越广泛,对模具精度和表面质量的要求也越来越高。

在模具制造过程中,光整加工工序对模具质量影响很大,但目前该工序在很大程度上仍依赖手工完成,严重制约了模具加工技术的发展,是一个亟待解决的关键技术问题。

华南理工大学采用超声电解磨粒复合加工技术对形状复杂的模具型腔光整加工进行了研究,并利用BP神经网络对加工表面粗糙度进行预测,取得了良好的效果。

超声电解磨粒复合加工技术是一项新的复合加工技术,能较好地适用于形状复杂的模具型腔光整加工。

但尚有许多方面的容有待进一步研究,特别是各主要加工因素对加工表面粗糙度的影响以及表面金属的去除机理等。

随着科学技术的发展,人们开始探索对环境污染少甚至没有污染的加工方法,研究新的工作介质是解决这个问题的关键。

近年来,日本东京农工大学对气体介质中的电火花脉冲放电加工技术进行了开创性的研究,为电火花脉冲放电加工技术开辟了一条崭新的途径,但该技术在加工过程中短路频繁。

大学的研究人员将超声振动引入气中放电加工技术,并对工程瓷进行了加工实验研究,加工效率提高了近3倍。

但该工艺的加工机理有待于进一步研究。

3.3微细超声加工技术以微机械为代表的微细制造是现代制造技术中的一个重要组成部分,晶体硅、光学玻璃、工程瓷等硬脆材料在微机械中的广泛应用,使硬脆材料的高精度三维微细加工技术成为世界各国制造业的一个重要研究课题。

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