超声波研磨抛光技术

一、应用简介：

   超声波加工，西文称作“Ultrasonic Machining”，该应用起源于20世纪50年代初期，是指给工具或工件沿一定方向施加超声波高频振动，进行相应机加工的方法。在此过程中，最核心的超声加工系统，由超声波能量发生源、换能器、变幅杆、能量传递探头、钻铣削工具、工艺装置等构成。在难加工材料和精密加工中，功率超声加工技术具有普通工艺无法比拟的功效，应用领域非常广泛。由于功率超声加工技术具有许多优点，与其他加工技术相比较，常常能大幅度提高加工速度、提高加工质量和完成一般加工方法难以完成的加工工作。因此，在工业、航空、汽车、船舶、农业、国防和医药卫生、环境保护等部门得到越来越广泛的应用。

二、超声加工的基本原理：

   超声加工时，超声波能量发生源联接超声换能器，将家用220伏特的电流转换为高频高功率，且垂直于工件表面的超声机械振动，其振幅一般仅仅几个μm，通常0.5-2微米，再经变幅杆放大至5-10μm，以驱动工具端面作超声振动。此时，磨料悬浮液（磨料、水或煤油等）在工具的超声振动和一定压力下，高速不停地冲击悬浮液中的磨粒，并作用于加工区，使该处材料变形，直至击碎成微粒和粉末。同时，由于磨料悬浮液的不断搅动，促使磨料高速抛磨工件表面，又由于超声振动产生的空化现象，在工件表面形成液体空泡，促使混合液渗入工件材料的缝隙里，而空腔的瞬时闭合产生强烈的液压冲击，强化了机械抛磨工件材料的作用，并有利于加工区磨料悬浮液的均匀搅拌和加工产物的排除。随着磨料悬浮液不断地循环。磨粒的不断更新。加工产物的不断排除，实现了超声加工的目的。

   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。

　  由超声发生器产生的高频电振荡（频率一般为13～40千赫，焊接频率可更高）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（双振幅为20～80微米），并驱动以一定静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。工具端部通过磨料不断地捶击工件，使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒，为循环的磨料悬浮液带走，工具便逐渐进入到工件中，加工出与工具相应的形状。

三、超声波机加工的特点：

1.不受材料是否导电的限制。

2.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。

3.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。

4.由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料。  

5.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。   超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔（包括圆孔、异形孔和弯曲孔等）、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。超声打孔的孔径范围是0.1～90毫米，加工深度可达100毫米以上，孔的尺寸精度可达0.02～0.05毫米。表面粗糙度在采用 W40碳化硼磨料加工玻璃时可达Rα1.25～0.63微米，加工硬质合金时可达Rα0.63～0.32微米。  

6.切削力大及温度降低，工件寿命大幅度提高。

7.大大节省能源，简化机床结构。

8.提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性。

9.提高被加工工件加工面的光洁度，提升产品品质。

10.由于超声波机加工应用领域正在不断开拓，许多未知的工艺需要不断地去探索，实践是检验真知的唯一标准。