超声波加工是一种制造过程,通过工具对材料表面的高频低振幅振动,将材料从表面去除,细小的研磨颗粒存在。
本文将详细研究超声加工的定义、结构或部件、工作原理、优缺点及应用。
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所以,我们有一个工具,它没有直接撞击工件,但是在工件和工具之间有一些研磨颗粒。
这些磨料颗粒很硬,它们可以保持它们的形状,这意味着它们是刚性的,因此,当在这种特定的冲击模式下工作时,它们会对工件材料造成冲击侵蚀。
所以,锤击是由一个被称为工具的物体来完成的。刀具材料具有足够的延展性,因此本身不会发生脆性断裂。
超声波加工工艺结构或零件:
超声波加工主要由以下几个部分组成:
- 电力供应
- 速度变压器
- 工具
- 磨料浆
- 机电换能器
- 磨枪
- 工件
电源:
电源也被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的正常电源转换为频率范围为20-40kHZ的高频电源,但振动的振幅将小到微米范围
速度变压器:
速度变压器的设计也叫喇叭。喇叭的作用是将换能器的振动放大并集中到足够的强度,以驱动刀具完成切削操作。
它们由坚硬,无磁性,易于加工的钢制成,具有良好的疲劳强度,如k -蒙乃尔,金属青铜和低碳钢。
线性锥形和指数级粘接的喇叭长度等于制造它们的金属中声音波长的一半。
工具:
锤击是由一个被称为工具的物体完成的,工具材料具有足够的韧性,因此本身不会发生脆性断裂。
然而,我们不能避免从与工件平行的刀具上去除材料,因此刀具磨损程度足够,而且它也应该是抗疲劳的,因为为了提高材料去除率,我们将锤击率提高到超声波频率。
因此,如果是这样的话,在工具材料上就会有动态加载。所以,它应该是抗疲劳的。加工速度与锤击成正比
磨料浆:
磨料需要在加工现场应用,需要与加工材料一起从工件和刀具材料中去除,因此它们以浆液的形式携带到加工现场。
该工具被压在工件上,以产生轻微的压力,足够低,以免压碎磨料,足够高,以确保工作场所的压裂。
磨料具有比工件更高的断裂强度。首先,必须提供磨料。
因此,它们被应用在加工现场,通常是在水介质中被携带,它被称为浆液。
例如:假设你把每一体积的20份磨料放入100份水中,并让它通过喷嘴施加,这意味着,通过在加工现场的喷射,以便机器现场一直接收新鲜的磨料和加工的碎片:这意味着,去除材料破碎的磨料,所有这些东西都是由水射流去除的,一旦磨料被使用,就不应该再次使用,因为首先,在这种情况下,磨料将被加工出来的碎片污染:其次,由于如此高的锤击率,许多磨料颗粒也会发生断裂。
所以,破碎的磨料颗粒不会像新鲜的那么有效我们说的是哪种磨料。磨料可以是碳化硼为什么是碳化硼呢这是因为碳化硼是第三硬的材料在这个列表中,排在第一位的是钻石然后是立方氮化硼。
如果不是人造钻石,钻石粉可能会很贵,但天然钻石粉粉尘,它可能会很贵。
那么立方氮化硼呢它也非常昂贵。因此,它是机械加工应用中经常使用的一种最佳选择。你也可以有碳化硅,碳化硅没有那么贵,但是它的加工速度也很好。
如所示,磨粒是完全刚性的硬质球体,具有裂片。如果工作材料是脆性的,每次冲击都会去除一个直径为D的半球形材料体积
所有的研磨砂都是相似的,所有的冲击都是相同的。USM中的MRR与频率成正比,磨粒的数量产生影响
机电传感器:
换能器把电能转换成机械振动。高频电信号被传送到换能器,换能器将其转换为高频并产生低振幅振动。
有两种类型的传感器使用:
- 压电换能器
- Magneto-restrictive换能器。
压电传感器:
当传感器被压缩时,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,晶体就会恢复到原来的大小和形状。这些传感器最高可达900瓦。
磁致伸缩传感器:
当受到磁场作用时,这些类型的换能器也会改变形状。这些传感器是由镍和镍合金制成的。效率约为20-30%。这种传感器可达2000瓦,长度的最大变化约为25微米。
磨枪:
磨料通常在水介质中被应用于加工现场,它被称为浆料。
假设将20份磨料放入100份水中然后用喷嘴或磨料枪将其喷入,也就是说,通过在加工现场的喷射,在一定的压力下,机器一直在接收新鲜的磨料以及加工中的碎屑,也就是说,去除破碎的磨料,所有这些东西都被水和磨料的喷射去除。
工件:
采用超声波加工工艺加工脆性非导电材料,如工程陶瓷。
它不会热损伤工件,也不会在工件上引入残余应力。三维形状可以在工件上进行复杂的加工。
超声波加工工艺原理:
超声波加工的工作原理是:刀具与工件之间有0.25 mm左右的间隙。这工具是由韧性材料制成的。在刀具和工件之间,有一层浆液磨料。
磨料嵌入到工具中,在工具向下移动的过程中,磨料锤击工件,去除材料。
这种材料将被冲离加工区域,由浆液的流动使工具略呈锥形,以产生直孔。
随着载液粘度的增加,由于难以冲洗,材料去除率降低。通过增加频率,MRR将增加,因为单位时间内的撞击数量将增加。
通过增加振幅,MRR将由于磨料动量的增加而增加。
振动的振幅可能在5到75微米之间变化,频率可能在19到25千赫之间变化。
通过增加磨料的浓度,影响将在更多的地方,从而增加MRR(材料去除率)。
但当浓度增加到超过一定值时,由于磨料之间的碰撞而失去动量,MRR降低。
通过增加磨料的尺寸,会在更大的区域出现冲击。但当粒度增加超过一定值时,磨料的冲量就会减小。
需要注意的是:MRR: ECM> EDM > USM
超声加工工作视频:
超声波加工优点:
超声波的优点如下:
- 超声波加工可用于机械加工脆性、非导电材料、硬易碎材料
- 在此加工过程中不会产生热量,因此工件的物理变化很小或可以忽略不计。
- 由于导电性差,不能用电火花加工和ECM加工,但可以很好地用超声波加工的非金属。
- 它是少毛刺和变形少工序。
- 可与电火花、心电、ECM等新技术配合使用。
- 手术是无声的。
- 在此加工中使用的设备可以由熟练和不熟练的操作员使用。
- 表面光洁度好,精度高。
- 任何材料都可以加工而不考虑其导电性。
超声波加工缺点:
超声波加工的缺点有:
- 材料去除率低。
- 切割所需能量高。
- 这种较软的材料很难加工
- 在超声加工中,由于浆体运动的限制,很难钻出深孔。
- 由于磨料颗粒的运动,刀具磨损率高。
超声加工应用:
以下超声加工应用有:
- 超声加工用于非导电陶瓷的加工。
- 具有高废品率的材料意味着易碎材料可以通过这种工艺非常有效地加工。
- 加工拉丝,冲孔和下料的模具。
- 它使牙医可以在牙齿上钻出任何形状的洞而不感到任何疼痛。
- 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。
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参考资料[外部连结]:
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