超声波加工原理及应用原理

由超声波发生器产生的16kHz以上的高频电流作用于超声换能器上,产生机械振动,经变幅杆放大后可在工具端面(变幅杆的终端与工具相连接)产生纵向振幅达0.01~0.1mm的超声波振动。工具的形状和尺寸取决于被加工面的形状和尺寸,常用韧性材料制成,如未淬火的碳素钢。工具与工件之间充满磨料悬浮液(通常是在水或煤油中混有碳化硼、氧化铝等磨料的悬浮液,称为工作液)。加工时,由超声换能器引起的工具端部的振动传送给工作液,使磨料获得巨大的加速度,猛烈地冲击工件表面,再加上超声波在工作液中的空化作用,可实现磨料对工件的冲击破碎,完成切削功能。通过选择不同工具端部形状和不同的运动方法,可进行不同的微细加工。超声波加工适合于加工各种硬脆材料,尤其是不导电的非金属硬脆材料,如玻璃、陶瓷、石英、铁氧体、硅、锗、玛瑙、宝石、金刚石等。

对于导电的硬质金属材料如淬火钢、硬质合金等，也能进行加工,但加工效率较低。加工的尺寸精度可达±0.01mm,表面粗糙度Ra=0.08~0.63μm。超声波加工主要用于加工硬脆材料的圆孔、弯曲孔、型孔、型腔等;可进行套料切割、雕刻以及研磨金刚石拉丝模等;此外,也可加工薄壁、窄缝和低刚度零件。超声波加工的应用超声波加工在焊接、清洗等方面有许多应用。超声波焊接是两焊件在压力作用下,利用超声波的高频振荡,使焊件接触面产生强烈的摩擦作用,表面得到清理,并且局部被加热升温而实现焊接的一种压焊方法。

用于塑料焊接时,超声振动与静压力方向一致,而在金属焊接时超声振动与静压力方向垂直。振动方式有纵向振动、弯曲振动、扭转振动等。接头可以是焊点,相互重叠焊点形成连续焊缝。用线状声极一次焊成直线焊缝,用环状声极一次焊成圆环形、方框形等封闭焊缝。相应的焊接机有超声波点焊机、缝焊机、线焊机、环焊机。超声波焊接适于焊接高导电、高导热性金属,以及焊接异种金属、金属与非金属、塑料等,也可焊接薄至2μm的金箔,广泛用于微电子器件、微电机、铝制品工业以及航空、航天领域。