超声波加工：定义、零件、工作原理、优点、应用

超声波加工是一种制造过程，它通过工具对材料表面的高频、低振幅振动以及细磨粒的存在从表面去除材料。

在本文中，我们将详细研究超声波加工的定义、结构或零件、工作原理、优点、缺点和应用。

什么是超声波加工工艺？

超声波加工是一种非常规加工工艺，其中磨料撞击工件以去除材料。这种加工方法采用用工具对工件敲击或锤击磨料。

所以，我们有一个工具，它不是直接撞击工件，而是在工件和工具之间放了一些磨粒。

这些磨粒很硬，它们可以保持其形状，这意味着它们是刚性的，因此在这种特殊的冲击模式下工作时，它们会导致工件材料的冲击侵蚀。

因此，锤击是由一个被称为工具的物体完成的。刀具材料具有足够的延展性，因此其本身不会发生脆性断裂。

超声波加工工艺构造或零件：

超声波加工由以下主要部分组成：

• 电源
• 速度转换器
• 工具
• 研磨浆
• 机电换能器
• 研磨枪
• 工件

电源：

电源也称为高频发生器或电子振荡器。主要功能是将频率范围为 50-60 HZ 的普通电源转换为频率范围高达 20-40kHZ 但振动幅度小到微米范围的高频电源

速度转换器：

速度变压器也称为喇叭的设计。喇叭的作用是将换能器的振动放大并聚焦到足够的强度，以驱动刀具完成切割操作。

它们由具有良好疲劳强度的坚硬、非磁性且易于加工的钢制成，如 K-Monel、金属青铜和低碳钢。

线性渐缩和指数编带号角的长度等于制造它们的金属中声音波长的二分之一。

工具：

锤击由称为工具的主体完成，并且工具材料具有足够的延展性，因此其本身不会发生脆性断裂。

但是，我们无法避免与工件平行地从刀具上去除材料，因此刀具磨损程度足够，并且还应该具有抗疲劳性，因为为了提高材料去除率，我们正在将锤击率提高到超声波频率.

所以，如果是这样的话，工具材料上就会有动态加载。所以，它应该是抗疲劳的。而加工速度与这种锤击成正比

磨料浆：

磨料需要在加工现场施加，并且需要与加工材料一起从工件和工具材料中去除，因此它们以浆液的形式运往和运出加工现场。

工具被压在工件上以产生轻微的压力，足够低以免压碎磨料，而足够高以确保工作场所的破裂。

磨料的断裂强度高于工件。首先，必须提供磨料。

因此，它们通常通过在水介质中携带而应用于加工现场，称为浆料。

机电换能器：

换能器将电能转换为机械振动。高频电信号被传送到换能器，换能器将其转换为高频且具有低振幅的振动。

使用的换能器有两种：

• 压电换能器
• 磁限制传感器。

压电换能器：

当这个传感器被压缩时，它会产生一个小电流。当电流通过它时，它会膨胀。当电流被移除时，晶体会恢复到原来的大小和形状。这些传感器可提供高达 900 瓦的功率。

磁致伸缩换能器：

当受到磁场的影响时，这些类型的换能器也会改变它们的形状。这些传感器由镍和镍合金制成。效率约为20-30%。这种换能器的功率可达 2000 瓦，长度的最大变化约为 25 微米。

磨料枪：

磨料一般是在水介质中承载在加工现场施加的，称为浆料。

让我们将体积/体积比方说 20 份磨料放入 100 份水中，然后通过喷嘴或磨料枪施加，也就是说，通过加工现场的喷射器，以便机器现场始终接收新鲜的磨料在一定的压力和机械加工的碎屑下：即去除材料破碎的磨料，所有这些东西都是通过水和磨料的喷射而去除的。

工件：

工程陶瓷等脆性非导电材料采用超声波加工工艺进行加工。

它不会对工件造成热损伤，也不会在工件上引入残余应力。工件上的这个过程可以产生复杂的 3-D 形状。

超声波加工工艺工作原理：

超声波加工的工作原理是：刀具与工件之间有约0.25毫米的间隙。该工具由韧性材料制成。刀具和工件之间有磨料浆。

磨料嵌入工具中，在工具向下移动的过程中，磨料锤击工件，去除材料。

这种材料将被浆料的流动冲离加工区域，使刀具略微呈锥形以产生直孔。

在增加载体流体的粘度时，由于冲洗困难，材料去除率降低。通过增加频率，MRR 会增加，因为每单位时间的影响次数会增加。

通过增加振幅，MRR 将由于磨料动量的增加而增加。

振动的幅度可以从 5 到 75 µm 不等，频率可以从 19 到 25 kHz 不等。

通过增加磨料的浓度，影响将出现在更多地方，从而增加 MRR（材料去除率）。

但当浓度增加超过一定值时，由于磨料间的碰撞动量丧失，MRR降低。

通过增加磨料的尺寸，影响将出现在更大的区域。但是当尺寸增加超过一定值时，磨料的动量就会减小。

需要注意的是：MRR：ECM> EDM> USM

超声波加工工作视频：

超声波加工优势：

超声波的以下优点是：

• 超声波加工可用于加工脆性、非导电材料、硬脆材料
• 在此加工过程中不会产生热量，因此工件的物理变化非常小或可忽略不计。
• 由于导电性差而无法通过 EDM 和 ECM 加工的非金属，但可以通过超声波加工很好地加工。
• 毛刺少，变形少。
• 它可以与 EDM、ECG、ECM 等其他新技术结合使用。
• 操作无噪音。
• 在此加工中使用的设备可供熟练和不熟练的操作员使用。
• 可以获得良好的表面光洁度和高精度。
• 无论其导电性如何，都可以加工每种材料。

超声波加工缺点：

超声波加工有以下缺点：

• 材料去除率低。
• 切割所需的能量很高。
• 较软的材料难以加工
• 在超声波加工中钻深孔很困难，因为存在浆料运动的限制。
• 由于磨料颗粒的移动导致刀具磨损率高。

超声波加工应用：

以下超声波加工应用是：

• 超声波加工用于非导电陶瓷的加工。
• 报废率高的材料意味着易碎材料可以通过该工艺非常有效地加工。
• 加工用于拉丝、冲压和落料操作的模具。
• 它使牙医可以在牙齿上钻出任何形状的孔而不会感到任何痛苦。
• 用于研磨石英、玻璃、陶瓷。
• 用于切割工业钻石。
• 也用于制作模具。