超声加工医学宣教培训课件.ppt
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1、超声加工医学宣教超声加工医学宣教7.1 超声波及其特性超声波及其特性7.2 超声波加工的原理及特点超声波加工的原理及特点7.3 超声波加工设备超声波加工设备7.4 超声波加工的工艺规律超声波加工的工艺规律7.5 超声波加工的应用超声波加工的应用2超声加工医学宣教超声加工医学宣教31、声波类型、声波类型7.1 超声波及其特性超声波及其特性q振动在弹性介质内的传播称为波动振动在弹性介质内的传播称为波动,简称简称波波。波。波动的物理实质是能量的传递过程。动的物理实质是能量的传递过程。p可闻声波:可闻声波:频率在频率在16160000 Hz之间的声波。之间的声波。p次声波:次声波:频率低于频率低于16
2、 Hz的声波。的声波。p超声波:超声波:频率高于频率高于16000 Hz的声波。的声波。p特超声波:特超声波:频率高于频率高于1010 Hz的声波。的声波。7.1 超声波及其特性超声波及其特性超声加工医学宣教超声加工医学宣教4声波的频率界限图声波的频率界限图7.1 超声波及其特性超声波及其特性声波声波超声波超声波次声波次声波特超声波特超声波超声加工医学宣教超声加工医学宣教52、超声波的基本特性、超声波的基本特性 7.1 超声波及其特性超声波及其特性超声加工医学宣教超声加工医学宣教67.2 超声波加工的原理与特点超声波加工的原理与特点 1、超声波加工的、超声波加工的基本原理基本原理 超声波加工是
3、利超声波加工是利用超声波作动力,推用超声波作动力,推动磨料以极高的速度动磨料以极高的速度冲击工件表面,工件冲击工件表面,工件材料在磨料打击下被材料在磨料打击下被破坏、脱落。破坏、脱落。7.2 超声波加工的原理与特点超声波加工的原理与特点 超声加工医学宣教超声加工医学宣教7p 超声发生器将交流电转变为超声电振荡;超声发生器将交流电转变为超声电振荡;p 换能器将电振荡转变为机械振动;换能器将电振荡转变为机械振动;p 变幅杆将振幅放大至变幅杆将振幅放大至0.050.1mm,驱动工,驱动工具作超声振动。具作超声振动。p 工具推动磨料高速撞击、抛磨工件,击碎工工具推动磨料高速撞击、抛磨工件,击碎工件表面
4、材料,并使之去除;件表面材料,并使之去除;p 工作液产生的液压冲击波和空化作用加快了工作液产生的液压冲击波和空化作用加快了表面材料的裂纹扩展和破坏。表面材料的裂纹扩展和破坏。p 超声波加工是机械撞击、抛磨、空化作用的超声波加工是机械撞击、抛磨、空化作用的综合结果。其中撞击起主要作用。综合结果。其中撞击起主要作用。超声波空化作用:超声波空化作用:指存在于液体中的微小气泡,在声波的作用下振动,当指存在于液体中的微小气泡,在声波的作用下振动,当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。空化作用一般包括声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。空化作用一般包括3个阶个阶段:空化泡的形成、长大和
5、剧烈的崩溃。段:空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。7.2 超声波加工的原理与特点超声波加工的原理与特点 超声加工医学宣教超声加工医学宣教8 2、超声波加工的特点、超声波加工的特点(1)适合加工各种硬脆材料,适合加工各种硬脆材料,特别是不导电的非金属材料,特别是不导电的非金属材料,例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。(2)工具工具可用较软的材料做可用较软的材料做较复杂的形状。较复杂的形状。(3)工具与工件相对运动简单,使)工具与工件相对运动简单,使机床结构简单机床结构简单。(4)切削力小、切削热少,不会引起变形及烧伤,)切削力小、切削热少,不会引起变形及烧伤
6、,加工精加工精度与表面质量也较好。度与表面质量也较好。(5)超声波加工的面积较小,工具头磨损较大,因此,)超声波加工的面积较小,工具头磨损较大,因此,生生产率低。产率低。7.2 超声波加工的原理与特点超声波加工的原理与特点 超声加工医学宣教超声加工医学宣教97.3 超声波加工设备超声波加工设备 超声波加工设备又称超声波加工装置,尽管不同超声波加工设备又称超声波加工装置,尽管不同功率大小、不同公司生产的超声波加工设备在结构形功率大小、不同公司生产的超声波加工设备在结构形式上各不相同,但其组成部分基本相同。式上各不相同,但其组成部分基本相同。超声波加工装置一般都由超声波加工装置一般都由超声发生器、
7、超声振动超声发生器、超声振动系统(声学部件)、机床本体和磨料工作液循环系统系统(声学部件)、机床本体和磨料工作液循环系统等部分组成。等部分组成。7.3 超声波加工设备超声波加工设备超声加工医学宣教超声加工医学宣教10超声波加工装置123456781冷却器;2磨料悬浮液抽出;3工具;4工件;5磨料悬浮液送出;6变幅杆;7换能器;8高频发生器7.3 超声波加工设备超声波加工设备1-冷却器2-磨料悬浮液抽出3-工具4-工件5-磨料悬浮液送入6-变幅杆7-换能器8-超声波发生器超声加工医学宣教超声加工医学宣教11 1、超声发生器、超声发生器 p 作用:作用:将工频交流电转变为具有一定功率输出的超声将工
8、频交流电转变为具有一定功率输出的超声频电振荡。频电振荡。p 要求:要求:输出的功率和频率在一定范围内连续可调。输出的功率和频率在一定范围内连续可调。图7-3 超声发生器的组成方图 7.3 超声波加工设备超声波加工设备超声加工医学宣教超声加工医学宣教122、声学部件、声学部件 p 作用:作用:将超声波发生器输出的高频率电能转变为机械振将超声波发生器输出的高频率电能转变为机械振动能,并通过变幅杆使工具端面作高频率、小振幅振动动能,并通过变幅杆使工具端面作高频率、小振幅振动以进行超声加工。以进行超声加工。p 组成:组成:换能器、变幅杆和工具。换能器、变幅杆和工具。(1)换能器)换能器 作用:作用:将
9、超声频将超声频信号转换为超声频信号转换为超声频 分类:分类:利用利用制成制成)7.3 超声波加工设备超声波加工设备超声加工医学宣教超声加工医学宣教13压电效应压电效应7.3 超声波加工设备超声波加工设备超声加工医学宣教超声加工医学宣教14磁致伸缩效应磁致伸缩效应7.3 超声波加工设备超声波加工设备超声加工医学宣教超声加工医学宣教15(2)变幅杆)变幅杆p 作用:作用:将换能器获得的超声振动振幅加以扩大,以将换能器获得的超声振动振幅加以扩大,以达到加工所需的振幅。达到加工所需的振幅。p 分类分类:锥形锥形-扩大比较小(扩大比较小(5-10倍),易制造。倍),易制造。指数形指数形-扩大比中等扩大比
10、中等(1020倍),难制造。倍),难制造。阶梯形阶梯形-扩大比大(扩大比大(20倍以上),易制造。倍以上),易制造。7.3 超声波加工设备超声波加工设备超声加工医学宣教超声加工医学宣教16扩大振幅的原因扩大振幅的原因振幅常数;能量密度;式中,AKJ2/2KAJ 7.3 超声波加工设备超声波加工设备超声加工医学宣教超声加工医学宣教17(3)工具)工具p 作用:作用:推动磨料和悬浮液冲击工件表面,加工出形推动磨料和悬浮液冲击工件表面,加工出形状和尺寸。状和尺寸。p 形状和尺寸:形状和尺寸:取决于被加工表面的形状和尺寸,它取决于被加工表面的形状和尺寸,它们相差一个们相差一个“加工间隙加工间隙”。p
11、材料材料 :一般硬脆材料;一般硬脆材料;加工精度高;加工精度高;特殊要求。特殊要求。7.3 超声波加工设备超声波加工设备超声加工医学宣教超声加工医学宣教183、机床、机床1工作台;工作台;2工具;工具;3变幅杆;变幅杆;4换能器;换能器;5标尺;标尺;6导轨;导轨;7支架;支架;8平衡重锤平衡重锤7.3 超声波加工设备超声波加工设备超声加工医学宣教超声加工医学宣教196、磨料工作液及其循环系统、磨料工作液及其循环系统(1)工作液)工作液 常用、效果较好常用、效果较好水水 表面质量要求高表面质量要求高煤油或机油煤油或机油(2)磨料)磨料 碳化硼、碳化硅或氧化铝碳化硼、碳化硅或氧化铝 生产率要求高
12、生产率要求高颗粒大颗粒大 加工精度、表面质量要求高加工精度、表面质量要求高颗粒小颗粒小(3)循环系统循环系统 小型加工设备小型加工设备人工浇注、定期更换人工浇注、定期更换 大型加工设备大型加工设备流量泵自动供给流量泵自动供给 工具、变幅杆尺寸较大工具、变幅杆尺寸较大在其中开孔,由孔内抽吸。在其中开孔,由孔内抽吸。7.3 超声波加工设备超声波加工设备超声加工医学宣教超声加工医学宣教207.4 超声波加工的工艺规律超声波加工的工艺规律一、加速度及其影响因素一、加速度及其影响因素p 定义:定义:加工速度指单位时间内去除材料的多少,以加工速度指单位时间内去除材料的多少,以mm3/min或或g/min为
13、单位来表示。为单位来表示。p 影响加工速度的因素:影响加工速度的因素:主要有工具的振幅和频率、主要有工具的振幅和频率、进给压力、磨料的种类和粒度、被加工材料、磨料进给压力、磨料的种类和粒度、被加工材料、磨料悬浮液的浓度。悬浮液的浓度。7.4 超声波加工的工艺规律超声波加工的工艺规律超声加工医学宣教超声加工医学宣教211、工具振幅和频率的影响、工具振幅和频率的影响p 过大的振幅和过高的频率会使工具和变幅杆承受很过大的振幅和过高的频率会使工具和变幅杆承受很大的内应力,振幅一般在大的内应力,振幅一般在0.010.1mm之间,频率在之间,频率在1600025000Hz之间。之间。p 在实际加工中需根据
14、不同工具调至共振频率,以获在实际加工中需根据不同工具调至共振频率,以获得最大振幅,从而达到较高的加工速度。得最大振幅,从而达到较高的加工速度。7.4 超声波加工的工艺规律超声波加工的工艺规律超声加工医学宣教超声加工医学宣教222、进给压力的影响、进给压力的影响p 加工时工具对工件应有一个适当的进给压力。加工时工具对工件应有一个适当的进给压力。p 压力过小时,工具端面与工件加工表面间的间压力过小时,工具端面与工件加工表面间的间隙增大,从而减少了磨料对工件的锤击力;隙增大,从而减少了磨料对工件的锤击力;p 压力增大,间隙减少,当间隙减少到一定程度压力增大,间隙减少,当间隙减少到一定程度则会降低磨料
15、与工作液的循环更新速度,从而则会降低磨料与工作液的循环更新速度,从而降低生产率。降低生产率。7.4 超声波加工的工艺规律超声波加工的工艺规律超声加工医学宣教超声加工医学宣教233、磨料种类和粒度的影响、磨料种类和粒度的影响p 加工时针对不同强度的工件材料可选择不同的磨料。加工时针对不同强度的工件材料可选择不同的磨料。p 磨料强度愈高,加工速度愈快,但要考虑价格成本。磨料强度愈高,加工速度愈快,但要考虑价格成本。p 加工宝石、金刚石等超硬材料,必须选用金刚石;加加工宝石、金刚石等超硬材料,必须选用金刚石;加工淬火钢、硬质合金,应选用碳化硼;加工玻璃、石工淬火钢、硬质合金,应选用碳化硼;加工玻璃、
16、石英和硅、锗等半导体材料,选用氧化铝磨料。英和硅、锗等半导体材料,选用氧化铝磨料。7.4 超声波加工的工艺规律超声波加工的工艺规律超声加工医学宣教超声加工医学宣教244、磨料悬浮液浓度的影响、磨料悬浮液浓度的影响p 磨料悬浮液浓度低,加工间隙内的磨粒少,特别是在磨料悬浮液浓度低,加工间隙内的磨粒少,特别是在加工面积大、深度较大时可能造成加工区局部没有磨加工面积大、深度较大时可能造成加工区局部没有磨料,使加工速度大大降低。料,使加工速度大大降低。p 磨料浓度的增加,加工速度也增加,但浓度太高,磨磨料浓度的增加,加工速度也增加,但浓度太高,磨粒在加工区域内的循环运动和对工件的撞击运动受到粒在加工区
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