超声波加工（USM）——主要零件、工作原理、应用优缺点

超声波加工 (USM) 也称为超声波振动加工，是在磨粒存在的情况下，通过刀具对材料表面的低振幅和高频振动，将材料从零件表面去除的加工过程。

• 工具的运动垂直或垂直于零件表面进行。刀具移动幅度为 0.05 毫米至 0.125 毫米（0.002 英寸至 0.005 英寸）。
• 通过在水中混合细磨粒形成浆料。在加工过程中，使这种浆料流过工具的 w/p 和尖端。浆料中的磨料增益颗粒有助于去除形成 w/p 表面的材料。磨料的粒度通常在 100 到 1000 之间。较小的颗粒（即较多的颗粒）会产生光滑的表面光洁度。
• 这种加工工艺通常用于加工脆性材料和高硬度材料。

超声波加工的工作原理

高频电流（在超声波范围内，即 18 kHz 至 40 kHz）用于产生低振幅和高频率的机械振动。产生的机械振动用于在存在浆料形式的磨粒颗粒的情况下加工零件的表面。浆料流过工具和工件。当工具压在 w/p 上时，含有磨粒的浆液会从表面脱落。

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主要部分

超声波加工机由换能器和焊头（也称为喇叭）两个主要部分组成，通过电缆连接到电子控制单元。

各部分的作用如下所述

1。传感器：

换能器主要由一个由压电陶瓷制成的圆柱体组成。它将电能转化为机械振动。然后换能器以低振幅和高频率振动焊头。

2。超声焊极：

它由低碳钢制成。它的一端与传感器相连，另一端装有工具。超声焊极以低振幅和高频率振动，并通过与 w/p 接触处的磨损将材料从 w/p 中去除。

3。控制单元：

控制单元由一个产生高频交流电的电子振荡器组成。产生的频率在超声波范围内通常在 18 kHz 到 40 kHz 之间。

USM 的类型

1。旋转超声波振动加工（RUM）：

在 RUM 中，允许垂直旋转的工具围绕超声焊极的轴旋转。工具的表面浸渍有用于磨削零件表面的金刚石。该机型不使用磨料浆进行材料去除。

2。化学辅助 USM：

在这种加工中，加工过程中使用了一种化学反应性磨料液。

超声波加工工艺

• 换能器和超声焊极通过电缆连接到控制单元。
• 控制单元有一个电子振荡器，可产生 18 kHz 至 40 kHz 之间的高超声波频率范围的交流电。
• 这种高频交流电被提供给换能器。换能器将这种交流电转换为机械振动，并将这种机械振动传输到与其相连的超声焊极。
• 超声波发生器由换能器以低振幅和高频率振动。当这个振动的超声焊极撞击 w/p 的表面时，它会去除其中的材料。浆液流入工具和工件之间，有助于从表面去除材料。
• 超声波加工中使用的浆料含有按体积计 20% 至 60% 的水、氧化铝、碳化硼和碳化硅颗粒。
• 这就是超声波加工的工作原理。

优势

• 这种加工方法能够高精度地加工脆硬材料。
• 它可以加工易碎材料，例如玻璃和非导电金属，这些材料不能通过电化学加工或放电加工等非传统方法加工。
• 它能够生产高公差零件。
• 加工后的材料不会产生变形。这是因为，超声波焊头不会对 w/p 产生热量。
• 没有观察到材料的物理特性发生变化。
• 由于加工过程中没有毛刺，因此生产的机加工零件需要较少的精加工工序。

缺点

• 由于微碎屑或侵蚀机制，金属去除速度很慢。
• 焊头的磨损发生得更快。
• 这种方法加工深孔并不容易，因为磨料浆无法在孔底流动（旋转超声波加工除外）。
• 超声波振动加工只能用于加工硬度值至少为 45 HRC（HRC：洛氏硬度计，用于测量材料的硬度）的材料。

应用程序

• 常用于加工脆硬材料。玻璃、碳化物、陶瓷、宝石和硬化钢是 USM 加工的最常见材料。
• 这是一种非常精密的加工方法，用于制造微结构玻璃晶片等微电化学系统组件。

参考：wikipedia.org