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超声加工技术在模具设计与制造中的应用班级：材料成型（2）班学号：070708222姓名：孙勇面向先进性材料的超声加工技术摘要：随着先进性材料的广泛使用，普通的加工模式在效能、可生产性、质量方面已经不能满足要求，如何有效地解决这些大量出现的先进性材料的加工问题，成为困扰制造业的难题。文中就用于先进性材料加工的超声加工技术进行论述，分析超声加工值得推广使用的理由、基本的原理、基本工艺规律以及最新发展状况和研究成果等。关键词：超声振动加工；先进性材料；工艺；应用面向先进性材料的超声加工技术0引言1先进性材料的定义及加工特点2超声加工在先进性材料上的优势4超声加工的未来发展趋势3超声加工原理5总结——0引言随着制药、光学和汽车工业等诸多工业部门对高负荷零件需求的日益增加，人们使用了许多所谓的“高性能材料”，如陶瓷、玻璃、硬质合金等。这类材料具有很好的特性，如重量轻、化学稳定性和热稳定性好、耐腐蚀等，但是它们的硬脆特性，若使用传统的加工方法(如磨削、金刚石刀具加工等)将难以进行加工，或者是加工费用昂贵。超声加工技术，是针对当前急速增长的先进性材料工件加工需求市场，所开发的一项面向未来的新型工艺。它是基于超声波控制的加工主轴和最新加工机结合的超声加工过程，采用灵活的高频振动的磨削、钻削和铣削加工工艺，可以十分经济地加工各类先进性材料。——1先进性材料的定义及加工特点对于先进性材料，目前尚无明确的定义，本文中所描述的先进性材料指对于高科技的、未来的材料，如陶瓷、玻璃、硬质合金、刚玉、碳化硅、氧化锆、复合物或者PCD／CBN的总称。此类先进性材料对于传统的切削加工而言，要完成精确成形加工，均属于难切削材料。不仅如此，在加工效率方面也是大问题，因为这些材料硬度都非常地大，常规加工难以实现。这其中的材料部分为非导体，不是电加工技术的适用对象。同样，由于激光加工技术加工过程的基础是利用热，因材料熔点的限制，在加工过程中不能排除材料有热损伤和微细龟裂的出现。在以往切削方法中，要经过长时间作业，才能勉强满足加工要求。在这种情况下，不仅刀具磨损大，加工效率低，而且零件表面质量也得不到有效的保障。——2超声加工在先进性材料上的优势对于先进性材料，在没有用超声加工时，切削过程由于摩擦产生大量的切削热，在工件上会产生微细龟裂，从质量上考虑，这些工件还必须再进行一次磨削加工，而且工具磨损也很快。在用超声作冲击切削加工时，效能约有60％-70％被激活。因而，回转工具运动没有浪费，其大部分用于工件粒子的除去作业。——2超声加工在先进性材料上的优势因为热影响少，工具的接触肘间短、切削力较小，不会形成龟裂和刃边的损坏。超声加工采用刀具和工件之间非连续性的接触和分离加工方式。由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬时局部的冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小，将有效减少加工过程中能量和热应力的副作用，不会产生变形及烧伤，大大降低了作用力和热负荷，保护了刀具和工件，并且能明显降低材料微裂的发生率。对于那些刀具在传统加工过程中变钝的应用案例，超声振动加工技术被推荐为一种合适的解决方案。——2超声加工在先进性材料上的优势现在由于采用了灵活的、支持振动加工的磨削、钻削和铣削的超声加工技术，使得零件在一次装夹加工过程中就能达到Ra0．2pm的高质量的表面粗糙度，同时又能有效减少加工过程应力，延长刀具寿命，并且可使生产力提高5倍。某硬质合金材质的冲压工具，采用超声振动加工的方式，可以在一次装夹加工过程中被高精密地进行加工制造，而无需烦琐地对工件进行放电加工及其他的加工。一些特殊的光学玻璃，其结构多由磨砂和高抛光的不规则曲面所组成，若采用传统加工的方式非常难以实现且成本很高，现在都可以通过超声振动加工来实现，而且可以有效地防止飞边和毛刺的产生，同时可以获得优质的表面质量。超声加工同样也适于加工薄壁、窄缝、低刚度零件。——3超声加工原理由超声发生器产生高频电振荡，施加于超声换能器上，将高频电振荡转换成超声频振动。超声振动通过变幅杆放大振幅，并驱动以一定的静压力，压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。在加工过程中通过让工具以超过每秒两万次的频率振动，提高切削性能的同时，使得零件的加工周期大幅缩短。在工具上叠加一个旋转运动，可以保证工件的加工精度，同时也保证了切屑能在有效范围内被快速排除。总之，超声加工是磨料悬浮液中的磨粒，在超声振动下的冲击、抛磨和空化现象综合切蚀作用的结果。其中，以磨粒不断冲击为主。由此可见，脆硬的材料，受冲击作用愈容易被破坏，故尤其适于超声加工。——4超声加工的未来发展趋势随着大量先进性材料的使用，超声加工得到越来越多的认可和应用，但相比传统的加工方式，超声加工仍旧处于较低的起步阶段。在大力推广超声加工的过程中，对超声加工技术也提出了更高的要求。基于现有的技术，需要不断提升现有的超声加工技术水平和应用能力，在以后的工作中开展以下几个方面的工作。——4超声加工的未来发展趋势4.1超声加工刀具材料的新进展4.2超声加工系统的提升4.3超声铣削加工技术的研究4.4超声加工规律的深入探索4.5超声复合加工技术在现代制造中，对零件的精度和质量的要求越来越高，但在加工一些先进性材料的过程中，仅仅依靠对常规材料所制的刀具，优化其几何参数的方法已难以满足使用要求，必须对刀具材质本身进行改革。在现阶段的超声加工中，主要是以金刚石和超细晶粒的硬质合金材料所制成的刀具，很大程度上满足了超声加工的使用需求。采用专用粘合剂的SAUER超声金刚石刀具，能够为高硬度脆性材料以及传统加工工艺上的难切削材料提供经济型的加工方案。——4．1超声加工刀具材料的新进展现有的超声加工系统多用于加工一些小型化的零件，虽然加工的精度和质量方面得到了有效的保障，但在实际加工过程中因设备输出的功率小导致加工效率较低、成本较高。因此，面对巨大的市场需求，需要研制出高效、节能、生产成本低廉的新型的超声加工系统。——4．2超声加工系统的提升随着各类先进性材料的应用日益广泛，三维复杂型面的成型加工十分困难。采用基于分层去除思想的超声铣削加工技术，解决了传统超声加工中工具损耗严重且不能在线补偿的难题，使加工带有尖角和锐边的三维复杂型面工程陶瓷零件成为可能，为工程陶瓷的广泛应用提供了有力的技术支持。——4．3超声铣削加工技术的研究现有阶段，影响超声加工的技术指标主要包括加工速度，加工精度及加工表面质量等几个方面，且经过近些年的发展已积累了一些规律性的经验，但在超声加工状态下刀具与工件相互之间作用的力学分析，切削机理的微观研究等方面仍旧值得深入地研究探讨。——4．4超声加工规律的深入探索超声加工的效能更多地体现在与其他的加工方式相叠加的复合加工过程中，如与铣削、钻削、磨削、电火花、电解等相结合。采用超声复合加工技术，可以综合各类加工方式的优点，规避其弱点，也可以实现装夹后的多道工序的一次加工成型，降低制造成本，保证零件质量。——4．5超声复合加工技术先进性材料加工的市场需求，推动和促进了超声加工技术的发展，但超声加工技术的不断提升才是提升先进性材料发展的有利保障。超声加工不受材料导电性能的限制，工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件。被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或强度、韧性越大则越难加工。超声加工并不是—种独立的加工方式，可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等拓宽了复合加工的领域。超声加工有着切削加工、激光切割加工、电加工等加工方式无法比拟的优势，其未来发展的前景必将十分广阔。但超声加工在制造业的普及率仍处于较低的状态，成本仍旧比较高，对于超声加工的规律及加工特点仍然需要不断地探索。争取让超声加工更好地发挥其效能，服务于先进性材料的加工。——5总结参考文献：【1】周旭光，等．特种加工技术[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2004【2】刘晋春，等．特种加工[M]．北京：机械工业出版社，1999【3】王先遣,精密加工技术实用手册[M]．北京：机械工业出版社，2001【4】ULTRASONIC/LASERTEC技术[R]．专访以及用户报告【5】赵福令，冯冬菊，史俊才，郭东明．陶瓷材料超声旋转加工技术[R]．电加工与模具，2001【6】张存信，杨继先，曹文燕．超声振动精密加工研究现状与发展趋势阴．热处理技术与装备，2006【7】程学艳，郭文娟，林彬，于思远．超声波加工机床极其发展[J]．新技术新工艺，2004【8】梁晶晶，刘永姜，吴雁，郭以伟．超声加工技术及其在陶瓷加工中的应用明．机械管理开发．2008【9】曹风国，张勤俭．超声加工技术的研究现状及其发展趋势，电加工与模具，2005