第九篇超声波加工及超高压水射流加工-ppt课件.ppt
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- 第九 超声波 加工 超高压 水射流 ppt 课件
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1、第第9 9章章 超声波加工和超高压水射流加工超声波加工和超高压水射流加工 1PPT课件9.1 9.1 超声波加工超声波加工 近十几年来,超声波加工与传统的切削加工近十几年来,超声波加工与传统的切削加工技术相结合而形成的超声波振动切削技术得到迅技术相结合而形成的超声波振动切削技术得到迅速的发展,并且在实际生产中得到广泛的应用。速的发展,并且在实际生产中得到广泛的应用。特别是对于难加工材料的加工取得良好的效果,特别是对于难加工材料的加工取得良好的效果,使加工精度、表面质量得到显著提高。尤其是有使加工精度、表面质量得到显著提高。尤其是有色金属、不锈钢材料、刚性差的工件的加工中,色金属、不锈钢材料、刚
2、性差的工件的加工中,体现其独特的优越性。体现其独特的优越性。2PPT课件9.1.1 9.1.1 超声波特性及其加工的基本原理超声波特性及其加工的基本原理1. 1. 超声波及其特性超声波及其特性(1) (1) 超声波能传递很强的能量。超声波的作用主要是对其传播方向上的超声波能传递很强的能量。超声波的作用主要是对其传播方向上的障碍物施加压力障碍物施加压力( (声压声压) ),以这个压力的大小来表示超声波的强度,传,以这个压力的大小来表示超声波的强度,传播的波动能量越强,则压力也越大。由于超声波的频率很高,其能播的波动能量越强,则压力也越大。由于超声波的频率很高,其能量密度可达量密度可达100W/c
3、m2100W/cm2以上。在液体或固体中传播超声波时,由于介以上。在液体或固体中传播超声波时,由于介质密度和振动频率都比空气中传播声波时高许多倍,因此同一振幅质密度和振动频率都比空气中传播声波时高许多倍,因此同一振幅时,液体、固体中的超声波强度、功率、能量密度要比空气中的声时,液体、固体中的超声波强度、功率、能量密度要比空气中的声波高千万倍。波高千万倍。(2) (2) 当超声波经液体介质传播时,将以极高的频率压迫液体质点振动,当超声波经液体介质传播时,将以极高的频率压迫液体质点振动,在液体介质中连续地形成压缩和稀疏区域。由于液体基本上不可压在液体介质中连续地形成压缩和稀疏区域。由于液体基本上不
4、可压缩,由此产生压力正、负交变的液压冲击和空化现象。由于这一过缩,由此产生压力正、负交变的液压冲击和空化现象。由于这一过程时间极短,液体空腔闭合压力可达几十个标准大气压,并产生巨程时间极短,液体空腔闭合压力可达几十个标准大气压,并产生巨大的液压冲击。这一交变的脉冲压力作用在邻近的零件表面上会使大的液压冲击。这一交变的脉冲压力作用在邻近的零件表面上会使其破坏,引起固体物质分散、破碎等效应。其破坏,引起固体物质分散、破碎等效应。3PPT课件(3) (3) 超声波通过不同介质时,在界面上发生波速突变,产生超声波通过不同介质时,在界面上发生波速突变,产生波的反射和折射现象。能量反射的大小决定于两种介质
5、波的反射和折射现象。能量反射的大小决定于两种介质的波阻抗的波阻抗( (密度与波速的乘积称为波阻抗密度与波速的乘积称为波阻抗) )。介质的波阻抗。介质的波阻抗相差愈大,超声波通过界面时能量的反射率愈高。当超相差愈大,超声波通过界面时能量的反射率愈高。当超声波从液体或固体传入到空气或者从空气传入液体或固声波从液体或固体传入到空气或者从空气传入液体或固体的情况下,反射率都接近体的情况下,反射率都接近100%100%,此外空气有可压缩性,此外空气有可压缩性,更碍阻了超声波的传播。为了改善超声波在相邻介质中更碍阻了超声波的传播。为了改善超声波在相邻介质中的传递条件,往往在声学部件的各连接面间加入机油、的
6、传递条件,往往在声学部件的各连接面间加入机油、凡士林作为传递介质以消除空气及因它引起的衰减。凡士林作为传递介质以消除空气及因它引起的衰减。(4) (4) 超声波在一定条件下,会产生波的干涉和共振现象。超声波在一定条件下,会产生波的干涉和共振现象。4PPT课件2. 2. 超声波加工的基本原理超声波加工的基本原理 超声波加工是利用工具端面作超声频振荡,再将这超声波加工是利用工具端面作超声频振荡,再将这种超声频振荡,通过磨料悬浮液传递到一定形状的工具种超声频振荡,通过磨料悬浮液传递到一定形状的工具头上,加工脆硬材料的一种成形方法。加工原理如下图头上,加工脆硬材料的一种成形方法。加工原理如下图所示。所
7、示。 超声波加工原理示意图 1工具;2冷却器;3加工槽;4夹具;5工件;6磨料悬浮液;7振动头 5PPT课件9.1.2 9.1.2 超声波加工的特点超声波加工的特点超声波加工的特点如下:超声波加工的特点如下:(1) (1) 适合于加工各种不导电的硬脆材料,例如玻璃、陶瓷适合于加工各种不导电的硬脆材料,例如玻璃、陶瓷( (氧化铝、氮化氧化铝、氮化硅等硅等) )、石英、锗、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。对于导电的硬质金、石英、锗、硅、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,但加工生产率较低。属材料如淬火钢、硬质合金等,也能进行加工,但加工生产率较低。对于橡胶则不
8、可进行加工。对于橡胶则不可进行加工。(2) (2) 加工精度较高。由于去除加工材料是靠磨料对工件表面撞击作用,加工精度较高。由于去除加工材料是靠磨料对工件表面撞击作用,故工件表面的宏观切削力很小,切削应力、切削热很小,不会引起故工件表面的宏观切削力很小,切削应力、切削热很小,不会引起变形及烧伤,表面粗糙度也较好,公差可达变形及烧伤,表面粗糙度也较好,公差可达0.008mm0.008mm之内,表面粗糙之内,表面粗糙度度R Ra a值一般在值一般在0.10.40.10.4之间。之间。(3) (3) 由于工具和工件不做复杂相对运动,工具与工件不用旋转,因此易由于工具和工件不做复杂相对运动,工具与工件
9、不用旋转,因此易于加工出各种与工具形状相一致的复杂形状内表面和成形表面。超于加工出各种与工具形状相一致的复杂形状内表面和成形表面。超声波加工机床的结构也比较简单,只需一个方向轻压进给,操作、声波加工机床的结构也比较简单,只需一个方向轻压进给,操作、维修方便。维修方便。(4) (4) 超声波加工面积不大,工具头磨损较大,故生产率较低。超声波加工面积不大,工具头磨损较大,故生产率较低。6PPT课件9.1.3 9.1.3 超声波加工设备超声波加工设备1. 1. 超声波发生器超声波发生器 超声波发生器也称超声或超声频发生器,其超声波发生器也称超声或超声频发生器,其作用是将作用是将50Hz50Hz的交流
10、电转变为有一定功率输出的的交流电转变为有一定功率输出的16000Hz16000Hz以上的超声高频电振荡,以提供工具端以上的超声高频电振荡,以提供工具端面往复振动和去除被加工材料的能量。其基本要面往复振动和去除被加工材料的能量。其基本要求是输出功率和频率在一定范围内连续可调,最求是输出功率和频率在一定范围内连续可调,最好能具有对共振频率自动跟踪和自动微调的功能,好能具有对共振频率自动跟踪和自动微调的功能,此外要求结构简单、工作可靠、价格便宜、体积此外要求结构简单、工作可靠、价格便宜、体积小等。小等。 7PPT课件2. 2. 超声振动系统超声振动系统 超声振动系统的作用是把高频电能转变为超声振动系
11、统的作用是把高频电能转变为机械能,使工具端面作高频率小振幅的振动,机械能,使工具端面作高频率小振幅的振动,并将振幅扩大到一定范围并将振幅扩大到一定范围(0.010.15mm)(0.010.15mm)以进行以进行加工。它是超声波加工机床中很重要的部件。加工。它是超声波加工机床中很重要的部件。由换能器、变幅杆由换能器、变幅杆( (振幅扩大棒振幅扩大棒) )及工具组成。及工具组成。8PPT课件3. 3. 磨料工作液及循环系统磨料工作液及循环系统 对于简单的超声波加工装置,其磨料是靠人对于简单的超声波加工装置,其磨料是靠人工输送和更换的,即在加工前将悬浮磨料的工作工输送和更换的,即在加工前将悬浮磨料的
12、工作液浇注堆积在加工区,加工过程中定时抬起工具液浇注堆积在加工区,加工过程中定时抬起工具并补充磨料。也可利用小型离心泵使磨料悬浮液并补充磨料。也可利用小型离心泵使磨料悬浮液搅拌后注入加工间隙中去。对于较深的加工表面,搅拌后注入加工间隙中去。对于较深的加工表面,应将工具定时抬起以利于磨料的更换和补充。大应将工具定时抬起以利于磨料的更换和补充。大型超声波加工机床采用流量泵自动向加工区供给型超声波加工机床采用流量泵自动向加工区供给磨料悬浮液,且品质好,循环也好。磨料悬浮液,且品质好,循环也好。9PPT课件4. 4. 机床本体机床本体 超声波加工机床一般比较简单,机床本体就超声波加工机床一般比较简单,
13、机床本体就是把超声波发生器、超声波振动系统、磨料工作是把超声波发生器、超声波振动系统、磨料工作液及其循环系统、工具及工件按照所需要位置和液及其循环系统、工具及工件按照所需要位置和运动组成一体。还包括支撑声学部件的机架及工运动组成一体。还包括支撑声学部件的机架及工作台、使工具以一定压力作用在工件上的进给机作台、使工具以一定压力作用在工件上的进给机构及床体等部分。构及床体等部分。 10PPT课件9.1.4 9.1.4 超声波加工的应用超声波加工的应用1 1成形加工成形加工 超声波加工目前在各工业部门中主要用于对脆硬材超声波加工目前在各工业部门中主要用于对脆硬材料加工圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔、
14、弯曲孔、刻料加工圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔、弯曲孔、刻槽、落料、复杂沟槽等。槽、落料、复杂沟槽等。2. 2. 切割加工切割加工 一般加工方法用于普通机械加工切割脆硬的半导体一般加工方法用于普通机械加工切割脆硬的半导体材料是很困难的,采用超声波切割则较为有效,而且超材料是很困难的,采用超声波切割则较为有效,而且超声波精密切割半导体、氧化铁、石英等,精度高、生产声波精密切割半导体、氧化铁、石英等,精度高、生产率高、经济性好,并且可以利用多刃刀具,切割单晶硅率高、经济性好,并且可以利用多刃刀具,切割单晶硅片,一次可以切割加工片,一次可以切割加工10201020片。片。 11PPT课件3. 3.
15、超声波焊接加工超声波焊接加工 超声波焊接是利用超声频振动作用,使被焊接工件超声波焊接是利用超声频振动作用,使被焊接工件的两个表面在高速振动撞击下,去除工件表面的氧化膜,的两个表面在高速振动撞击下,去除工件表面的氧化膜,使该表面摩擦发热黏结在一起。因此它不仅可以加工金使该表面摩擦发热黏结在一起。因此它不仅可以加工金属,而且可以加工尼龙、塑料等制品。例如在机械制造属,而且可以加工尼龙、塑料等制品。例如在机械制造业中,利用超声波焊接加工的双联齿轮。由于该种加工业中,利用超声波焊接加工的双联齿轮。由于该种加工方法不需要外加热和焊剂,热影响小、外加压力也小,方法不需要外加热和焊剂,热影响小、外加压力也小
16、,不产生污染,工艺性和经济性也好。因此,该种方法可不产生污染,工艺性和经济性也好。因此,该种方法可焊接直径或厚度很小的材料焊接直径或厚度很小的材料( (可达可达0.0150.03mm)0.0150.03mm),焊接材,焊接材料不仅仅限于金属,还可以焊接塑料、纤维等制品。目料不仅仅限于金属,还可以焊接塑料、纤维等制品。目前在大规模的集成电路制造中已广泛采用该中加工方法。前在大规模的集成电路制造中已广泛采用该中加工方法。12PPT课件4. 4. 超声波清洗超声波清洗 超声波清洗的原理主要是基于清洗液在超声波的振超声波清洗的原理主要是基于清洗液在超声波的振动作用下,使液体分子产生往复高频振动,引起空
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