超声波加工的机理是什么

超声波加工的机理是什么
超声波加工的机理是什么

超声波加工的机理是什么
中文名称：超声加工
英文名称：ultrasonic machining
定义：利用超声振动的工具,带动工件和工具间的磨料悬浮液,冲击和抛磨工件的被加工部位,使其局部材料被蚀除而成粉末,以进行穿孔、切割和研磨等,以及利用超声波振动使工件相互结合的加工方法.
应用学科：机械工程（一级学科）；切削加工工艺与设备（二级学科）；特种加工工艺（三级学科）
超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具,并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用,使工件材料表面逐步破碎的特种加工,英文简称为 USM.超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光.
超声加工历史
　　1927年,美国物理学家伍德和卢米斯最早作了超声加工试验,利用强烈的超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔,但当时并未应用在工业上；1951年,美国的科恩制成第一台实用的超声加工机.
　　二十世纪50年代中期,日本、苏联将超声加工与电加工(如电火花加工和电解加工等)、切削加工结合起来,开辟了复合加工的领域.这种复合加工的方法能改善电加工或金属切削加工的条件,提高加工效率和质量.1964年,英国又提出使用烧结或电镀金刚石工具的超声旋转加工的方法,克服了一般超声加工深孔时,加工速度低和精度差的缺点.
超声加工的工作原理
　　超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡,换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动,通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动,迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型.
超声波焊接原理
通过上焊件把超声能量传送到焊区,由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大,因此会产生局部高温.又由于塑料导热性差,一时还不能及时散发,聚集在焊区,致使两个塑料的接触面迅速熔化,加上一定压力后,使其融合成一体.当超声波停止作用后,让压力持续,有些许保压时间,使其凝固成型,这样就形成一个坚固的分子链,达到焊接的目的,焊接强度能接近于原材料本体强度.
超音波的熔焊应用方法
　　一、 熔接法：
　　以超音波超高频率振动的焊头在适度压力下,使二块塑胶的接合面产生磨擦热而瞬间熔融接合,焊接强度可与本体媲美,采用合适的工件和合理的接口设计,可达到水密及气密,并免除采用辅助品所带来的不便,实现高效清洁的熔接.
　　二、 铆焊法：
　　将超音波超高频率振动的焊头,压着塑胶品突出的梢头,使其瞬间发热融成为铆钉形状,使不同材质的材料机械铆合在一起.
　　三、 埋植：
　　藉着焊头之传道及适当之压力,瞬间将金属零件（如螺母、螺杆等）挤入预留入塑胶孔内,固定在一定深度,完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具内成型之强度,可免除射出模受损及射出缓慢之缺点.
　　四、 成型：
　　本方法与铆焊法类似,将凹状的焊头压着于塑胶品外圈,焊头发出超音波超高频振动后将塑胶溶融成形而包覆于金属物件使其固定,且外观光滑美观、此方法多使用在电子类、喇叭之固定成形,及化妆品类之镜片固定等.
　　五、 点焊：
　　A、 将二片塑胶分点熔接无需预先设计焊线,达到熔接目的.
　　B、 对比较大型工件,不易设计焊线的工件进行分点焊接,而达到熔接效果,可同时点焊多点.
　　六、 切割封口：
　　运用超音波瞬间发振工作原理,对化纤织物进行切割,其优点切口光洁不开裂、不拉丝.
超声加工的主要特点
　　不受材料是否导电的限制；工具对工件的宏观作用力小、热影响小,因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件；被加工材料的脆性越大越容易加工,材料越硬或强度、韧性越大则越难加工；由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用,磨料的硬度应比被加工材料的硬度高,而工具的硬度可以低于工件材料；可以与其他多种加工方法结合应用,如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等.
　　超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面.
　　超声打孔的孔径范围是0.90毫米,加工深度可达100毫米以上,孔的精度可达0.02～0.05毫米.表面粗糙度在采用W40碳化硼磨料加工玻璃时可达1.25～O.63微米,加工硬质合金时可达0.63～0.32微米.
　　超声加工机一般由由电源(即超声发生器)、振动系统(包括超声换能器和变幅杆)和机床本体三部分组成.
　　超声发生器将交流电转换为超声频电功率输出,功率由数瓦至数千瓦,最大可达10千瓦.通常使用的超声换能器有磁致伸缩的和电致伸缩的两类.磁致伸缩换能器又有金属的和铁氧体的两种,金属的通常用于千瓦以上的大功率超声加工机；铁氧体的通常用于千瓦以下的小功率超声加工机.电致伸缩换能器用压电陶瓷制成,主要用于小功率超声加工机.
　　变幅杆起着放大振幅和聚能的作用,按截面积变化规律有锥形、指数曲线形、悬链线形、阶梯形等.机床本体一般有立式和卧式两种类型,超声振动系统则相应地垂直放置和水平放置.