超声波加工是如何工作的？工作原理及优势

在本文中，您将了解什么是超声波加工 ?它是如何工作的？零件，应用程序 , 优点, 和缺点的超声波加工。下载免费的PDF 文末文件。

超声波加工工艺

什么是超声波？

超声波 用于描述频率的振动波，它高于人耳的频率上限，即高于16 kHz。

将任何类型的能量转换为超声波的装置是超声波换能器。

这种电能被转换成机械振动。为此，压电效应被用于天然或合成晶体或某些金属所表现出的磁致伸缩显示器。

磁致伸缩装置 铁磁材料中发生的振幅变化受交变磁场的影响。

在超声波加工中，以 20 kHz 至 30 kHz 的频率纵向振动，振幅在 0.01 mm 至 0.06 mm 之间的工具以轻微的力压在工作表面上。

当工具以特定频率振动时，磨料浆（通常是磨粒和固定比例（20% - 30%）的水的混合物）在压力下流过工具-工件界面。

由工具端部的振动和通过工作工具界面的浆料流动产生的冲击力实际上导致数千个微观颗粒通过磨损去除工作材料。该工具具有与要加工的型腔相同的形状。

该方法用于加工导电或不导电的硬脆材料。分析USM工艺去除材料的机理表明，它有时可能被称为超声波磨削（USG）

该图显示了超声波加工操作。电子振荡器和放大器，也称为发生器，将可用的低频电能转换为 20 kHz 量级的高频功率，然后提供给换能器。

换能器通过磁控管工作。高频电源激活磁致伸缩材料的堆叠，从而产生工具的纵向振动运动。这种振动的幅度不足以用于切割目的。因此，这通过机械聚焦装置传递到穿透工具，该装置在工具端部提供所需振幅的强烈振动。

机械聚焦装置有时被称为速度变换器。这是一个锥形柄或称为“喇叭”。它的上端被夹紧或钎焊到磁致伸缩材料的下表面。它的下端设有用于固定工具的装置。

所有这些部件，包括由低碳或不锈钢制成的所需腔体形状的工具，都作为一个弹性体，将振动传递到工具的尖端。

阅读：非常规加工工艺的类型

氧化铝（氧化铝）、碳化硼、碳化硅和金刚石粉尘。硼是最昂贵的研磨材料，最适合切割碳化钨、工具钢和宝石。硅的应用最多。对于切割玻璃和陶瓷，氧化铝是最好的。

磨料浆通过泵送扩散到工作工具界面。使用冷冻冷却系统将磨料浆冷却至 5 至 6 °C 的温度。一个好的方法是将浆料保持在切割区的槽中。

磨料的大小在 200 和 2000 之间变化。粗品级适合粗加工，而较细的品级（例如 1000 粒度）用于精加工。新鲜的磨料切割效果更好，因此需要定期更换磨料

在软陶瓷等软脆材料中的最大穿透速度为 20 mm min 左右，但对于硬而韧的材料，穿透速度较低。尺寸精度可达 t0.005 毫米，表面光洁度可达 0.1-0.125 微米的 Ra 值。

精加工的最小圆角半径为 0.10 mm。 USM 机器的尺寸范围从输入功率约为 20 W 的轻型便携式到输入功率高达 2 kW 的重型机器不等。

该工艺的主要限制是其相对较低的金属切削率。最大金属去除率为 3 mm®/s，功耗高。目前圆柱孔的深度限制为刀具直径的 2.5 倍。

工具的磨损会增加孔的角度，而尖角会变圆。这意味着更换工具对于生产精确的盲孔是必不可少的。此外，该过程仅限于目前形式的机器在相对较小尺寸的表面上。

最近，超声波加工有了新的发展，其中使用了浸渍有金刚石粉尘的工具，并且不使用浆料。该工具以超声波频率振荡并旋转。如果无法旋转工具，则可以旋转工件。

这项创新消除了传统工艺在钻深孔方面的一些缺点。例如，孔尺寸可以保持在 +0.125 mm 以内。在陶瓷中钻出深度达 75 毫米的孔，而不会像传统工艺那样降低加工速度。

该过程的简单性使其经济适用于广泛的应用，例如：

超声波加工在制造业有很多优势。我希望我涵盖了有关 USM 的所有内容。如果您对此主题有任何疑问，可以在评论中提问。

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