作者：刘鸿

特种加工论文 学号：231100223 20xx年1月

目录

一、前言…………………………………… 1

1.1超声加工的概念……………………… 1 1.2超声加工及其设备组成……………… 1 1.3超声加工发展背景、现状…………… 1

二、主体

2.1超声加工发展史………………………2 2.2超声加工现状评述及发展前景……… 2

三、总结

四、参考文献

超声加工

刘鸿

一、前言

1.1超声加工的概念 超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工，英文简称为 USM。超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。

1.2超声加工设备及其组成部分

超声加工设备又称超声加工装置，它们的功率大小和结构形状虽有所不同，但其组成部分基本相同，一般包括超声发生器、超声振动系统、机床本身和磨料工作液循环系统。其主要组成如下。

﹙1﹚

超声发声器

﹙2﹚ 声学部件 ﹙3﹚ 机床

﹙4﹚ 磨料工作液及其循环系统

结合近年来超声加工技术的发展状况，综述了超声振动系统的研究进展和超声加工技术在深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、难加工材料的加工、超声振动切削、超声复合加工等方面的最新应用，并阐述了超声加工技术的发展趋势。

几十年来，超声加工技术的发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究和应用，尤其是在难加工材料领域解决了很多关键性的工艺题目，取得了良好的效果。

二、主体 2.1超声加工的发展史

超声加工起源于20世纪50年代初。最早研究超声加工技术的国家是日本。70年代中期，日本对振动切削与超声磨削方面的研究已相当深入且已应用于生产。日本研究超声振切最有权威的代表人物主要有两位：一位是中央大学的岛川正憲，他出版的是《超音波工学——理论和实际》；另一位是宇都宫大学的隈部淳一郎教授，他在19xx年提出了系统的振动切削理论，发表了大量的论文，出版了《精密加工、振动切削基础及应用》专著，首先把振动切削理论成功地应用于车、刨、铣、钻、镗、铰、拉、磨削、螺纹加工、齿轮加工、抛光、珩磨、拉伸与挤压等冷热加工领域，取得了意想不到的效果与显著的经济效益。

20世纪50年代末60年代初，原苏联对超声加工研究也发表过很有价值的论文。其在超声车削、磨削、光整加工、复合加工等方面均有生产应用，并取得了良好的经济效益。19xx年，前苏联召开了一次全国性的讨论会，充分肯定了超声加工的经济效果和实用价值，对这项新技术在全国的推广应用起到了积极的作用。

美国于20世纪60年代初开始对超声加工进行研究。由于当时超声加工技术还不是很成熟，包括声振系统、换能器、发生器的设计制造和质量都较差，因此停止了其研究工作。在20世纪70年代中期，其超声钻中心孔、光整加工、磨削、拉管和焊接等方面，已处于生产应用阶段；超声车削、钻孔、镗孔已处于试验性生产设备原形阶段；通用超声振动切削系统已供工业应用，目前已形成部分标准。

我国超声加工的研究始于20世纪50年代末，由于当时超声波发生器、换能器、声振系统的不成熟，缺乏合理的组织和持续的研究工作，很快就冷了下来。目前，吕正兵、徐家文对工程陶瓷超声加工进行了基础的实验研究，得出了工程陶瓷超声加工的一些规律，为今后工程陶瓷的应用提供了更为广阔的前景；王超群等人利用改装后的数控超声加工装

置对Al2O3进行了工艺试验，其数控超声加工是对传统超声加工的技术创新，具有传统超声加工所无法比拟的特点，初步掌握了对Al2O3的加工工艺规律。梁晶晶等人用超声加工技术对陶瓷进行的加工中，介绍了超声加工的原理和特点，综述了国内外超声加工在陶瓷材料加工方面的应用研究，并对二维超声振动磨削加工技术在陶瓷加工中的可行性进行了分析，为拓展超声加工应用领域与技术发展提供借鉴。郑建新等人通过数学物理模型分析超声加工声学系统的动力学规律，探讨工具杆的局部共振现象，得出当工具杆发生局部共振时，变幅杆和工具杆连接处为位移节点，且此时系统处于谐振状态的结论；并推导了超声波发生器的可调频率范围与刀具杆的磨损率关系。随着超声加工设备的不断完善和理论研究的不断深入，它将在我国技术进步和社会主义现代化建设中起到重要的作用。

2.2超声加工的现状评述及发展前景

随着超声学的发展，超声技术也不断的被应用于各领域，其中在聚合物成加工、农产品加工、酒类酿造、化工、纺织品加工、机械加工等尤为突出。几十年来，超声

波加工（包括复合加工）的发展都极位迅速，其工艺技术在深小孔加工、难加工材料加工方面都有广泛应用，尤其是在难加工材料方面解决了许多工艺问题。这种特种加工能提高加工精度和降低加工力，并且笑效率也非常高。正因为超声加工在这些方面的优势，使其在工程上的应用非常广泛。

超声波在和科学研究方面有着广泛的用途,它已成为近代物理学中一个重要的研究课题,形成为声学的一个新的分支-超声学。超声学的主要任务就是研究超声的特性、作用,用人工产生超声波的方法,以及超声的应用等。超声的应用可分为两大类别,第一类是超声加工和处理技术第二类是超声检测与控制技术。超声加工和处理技术是利用高强度超声波来改变物质的性质和状态的技术,如超声钻孔、清洗、焊接 、粉碎等。超声检测与控制技术是利用较弱的超声波来进行各种检验和测量必要时一可进自动控制技术,如超声探测和超声检漏、超声工业测量技术等。

在机械加工中超声波加工使技术起着越来越大的作用,一些用机械加工很难完成的工作利用超声波加工就可轻而易举的完成,甚至用一般机械方法不可能进行加工的项目,用超声波也可完善的解决。例如它能切割最硬的金刚石、玻璃、石英、陶瓷、碳化钨等又硬又脆的材料也可用起声波来加工。并且能将精密零件清洗干净 ,检查机械零件内部的裂缝拐痕迹。因此,在机械加工中广泛应用超声波,对于发展生产和提高生产效率均具有十分重要的意义。

超声加工在制造业领域已经取得了显著的成果，在军事、航空航天、汽车工业等都有广泛应用，随着超声加工技术的不断进步，该技术向新领域迅速发展，在生物学领域、日常生活等方面扩展，有学者将超声振动引入微切割领域，开发了一套基于超声振动的显微切割系统，研制面向生物显微切割技术的执行模块与控制模块，实现了系统的集成，并利用该系统对新生小鼠大脑组织进行超声振动显微切割实验，证明了该技术的可行性和有效性。

在工程陶瓷、复合材料以及一些难以加工材料加工中心，包括振动车削、超声放电磨削，国内外虽已取得有成效的进展，但有些探索试验尚待进行，还有许多工作尚待开展。

超声振动切削和超声压力加工，国外已实用化，我国早期开始的研究进来又有了良好的开端，进一步研究方向是，在基础性研究和振动切削装置研制取得成效的基础上，结合科研生产中存在的问题，利用振动切削的特点，更多的是转入适应化研究，以期待获得更好的技术经济效应。

三、总结

由于超声振动切削具有许多独特的特点，因而大大扩大了切削加工的范围。例如，对于难切削的材料淬硬钢、钛及其合金、石材等都能加工；能加工易变形的细长杆，小径深孔和薄壁零件；对要求精度及光洁度高且不生成毛刺的零件，可用超声方法加工；对于一些形状复杂、要求精度高而又不宜用其他方法加工的零件，用超声振动切削可以解决。

超声波在机械加工的应用除上面这些外，还在金属件连接，工件抛光，挤压和铆镦等方面均有很好的应用。相信随着科技的进步和技术的不断完善超声波加工技术将会在更多的领域突显他的优势。

现代加工技术这一门课是给我们大学画上圆满句号的一课，从大一入学我们学习的公共基础课、专业课、学科任选课，大多数都是对一门知识的入门认识，我们学习的

基本上都属于在社会上已经淘汰的设备、仪器，通过那些传统的机械来学习加工原理。而现代加工技术则是让我们接触到了当今最先进的加工技术、加工原理，让我们对世界科技的发展层次有了更清晰的了解。所以能够有这样一门课程，是对我们的知识的归纳、总结，也是对我们的一种鞭策。通过对电火花加工、电子束加工、激光加工以及超声波加工等特种加工的学习，我们了解到更多的先进加工技术，对自己的思维是一种扩展，也利于以后在实际问题中寻找更好的解决方法。

综上所述，超声加工技术发展及其取得的应用成果是可喜的。一方面材料的的加工的客观需要推动和促进了超声加工技术的发展，另一方面，超声加工技术的发展又为材料的加工提供了一种强有力的加工手段，而促进了材料的加工的发展，今后将仍是这样。展望未来，超声加工技术的发展情景是美好的。

四、参考文献 [1]罗凯华．超声振动滚齿加工的实验研究．新技术新工艺[J]．2001,9:14-15

[2]张勤河．超声振动钻削加工陶瓷的研究[J]．新技术新工艺．1997.1:19-20

[3]王振龙，孟庆鲞，赵万生等．分层去除截细电火花铣削技术的实验研究[J].电加工 与模具．1997.33:18-20

[4]张建华，张勤河，孟艳华等．超声振动辖助气中放电加工的研究[J]．电加工与模 具．2004.4：13-16

[5]张建中, 李秀人, 李蕾. 超声波激振铰刀干式铰孔试验研究[J] . 电加工与模具, 2003( 4) : 27- 29.

第二篇：特种加工 超声加工小论文

目 录

1 前言 ..................................................... 2

2 超声波及其特性 ........................................... 2

2.1 超声波的定义 ........................................ 2

2.2 超声波的特性 ........................................ 2

3 超声加工 ................................................. 3

3.1超声加工的基本原理 ................................... 3

3.2 超声加工的特点 ...................................... 4

3.3 超声加工设备 ........................................ 4

4 超声加工的应用 ........................................... 5

4.1型孔、型腔加工 ....................................... 5

4.2切割加工 ............................................. 5

4.3复合加工 ............................................. 5

4.4超声清洗 ............................................. 6

4.4.1超声清洗的原理 .................................. 6

4.4.2超声清洗的特点 .................................. 6

5 结论 ..................................................... 7

参考文献 ................................................... 7

1

超声加工

作者：

指导教师：

摘要： 传统的机械加工已有很久的历史，它对人类生产和物质文明起到了极大的作用。随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术向着高精度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展。因此，特种加工作为一个时代强音等上舞台，它就具备了上述特点。本文就对特种加工里的超声加工进行了系统性的介绍，展现了超声加工的强大优势和发展潜力。

关键词： 超声波 超声加工 超声加工的应用

1 前言

超声加工（Ultrasonic Machining, USM）有时候也称超声波加工，是特种加工的一种。有些特种加工，像电火花加工和电化学加工都只能加工金属导电材料，不易加工不导电的非金属材料。然而超声加工不仅能加工硬质合金、淬火刚等硬脆金属材料，而且更适合于加工玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等不导电的非金属脆硬材料，同时还可以用于清洗、焊接和探伤等。

2 超声波及其特性

2.1 超声波的定义

声波是人耳能感受的一种纵波，它的频率在16～16000Hz范围内。当频率超过16000Hz超出一般人耳听觉范围，就称为超声波。

2.2 超声波的特性

超声波和声波一样，可以在气体、液体和固体介质中纵向传播，它主要具有下列特性：

2

（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障碍物施加压力（声压）。因此，有时可用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。

（2）当超声波经过液体介质传播时，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其破坏，引起固体物质分散、破碎等效应。

（3）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，决定于这两种极致的波阻抗。

（4）超声波在一定条件下，会产生波的干涉和共振现象。

3 超声加工

超声加工是利用超声振动的工具，带动工件和工具间的磨料悬浮液，冲击和抛磨工件的被加工部位，使其局部材料被蚀除而成粉末，以进行穿孔、切割和研磨等，以及利用超声波振动使工件相互结合的加工方法。

3.1超声加工的基本原理

超声加工是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种方法。

原理如图3-1所示，在工具和工件之间加入液体（水或煤

油等）和磨料混合悬浮液，并使工具以很小的力F轻轻压

在工件上。超声换能器产生16000Hz以上的超声频纵向振

动，并借助于变幅杆把振幅放大到0.05～0.1mm左右，驱

动工具端面作超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大

的速度和加速度不断地撞击、抛磨被加工表面，把被加工 图3-1 表面的材料粉碎成很细的微粒，从工件上打击下来。

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虽然每次打击下来的材料很少，但由于每秒钟打击的次数多达16000次以上，所以仍有一定的加工速度。与此同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频、交变的液压正负冲击波和“空化”作用，促使工作液钻入被加工材料的细微裂缝处，加剧了机械破坏作用。

既然超声加工是基于局部撞击作用，因此就不难理解，越是脆硬的材料，受撞击作用所受破坏就越大，越易超声加工。相反，脆性和硬度不大的韧性材料，由于它的缓冲作用而难以加工。

3.2 超声加工的特点

基于它的工作原理，超声加工主要有一下特点：

（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，表面粗糙度好，因而可加 工薄壁、窄缝薄片工件；

（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。

3.3 超声加工设备

各种超声加工的设备虽然功率大小和结构形状有所不同，但其组成部分基本相同，一般包括超声发生器、超声振动系统、机床本体和磨料工作液循环系统。

（1） 超声发生器

超声波发生器，通常称为超声波电箱、超声波发生源、超声波电源。它的作用是把我们的市电（220V或380V，50或60Hz）转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号。从放大电路形式，可以采用线性放大电路和开关电源电路，大功率超声波电源从转换效率方面考虑一般采用开关电源的电路形式。线性电源也有它特 4

有的应用范围，它的优点是可以不严格要求电路匹配，允许工作频率连续快速变化。

（2） 声学部件

声学部件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 振动以进行加工。它是超声波加工机床中很重要的部件，主要由换能器、变幅杆（振幅扩大棒）及工具组成。

4 超声加工的应用

几十年来，超声加工技术的发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究和应用，尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。

4.1型孔、型腔加工

一般来说，孔加工工具的长度总是大于孔的直径，在切削力的作用下易产生变形，从而影响加工质量和加工效率。特别是对难加工材料的深孔钻削来说，会出现很多问题。例如，切削液很难进入切削区，造成切削温度高；刀刃磨损快，产生积屑瘤，使排屑困难，切削力增大等。其结果是加工效率、精度降低，表面粗糙度值增加，工具寿命短。采用超声加工则可有效解决上述问题。

4.2切割加工

用普通机械加工切割脆硬的半导体材料是很困难的，采用超声切割则较为有效。超声波切割具有切口光滑、牢靠，切边准确，不会变形，不翘边、起毛、抽丝、皱折等优点。

4.3复合加工

将超声加工与其他加工工艺组合起来的加工模式，称为超声复合加工。超声复合加工，强化了原加工过程，使加工的速度明显提高，加工质量也得到不同程度的 5

改善，实现了低耗高效的目标。它主要有超声电解复合加工、超声电火花复合加工、超声抛光及电解超声复合抛光，在长远的将来都有非常大的发展潜力。

4.4超声清洗

超声清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。目前所用的超声波清洗机中，空化作用和直进流作用应用得更多。

4.4.1超声清洗的原理

由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质---清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为50-500um的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压,破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中,当团体粒子被油污裹着而黏附在 清洗件表面是,油被乳化,固体粒子及脱离,从而达到清洗件净化的目的。在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成几百度的高温和超过1000个气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面清洗净化的目的。

4.4.2超声清洗的特点

（1）清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致；

（2）清洗速度快，提高生产效率，不须人手接触清洗液，安全可靠；

（3）对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净；

（4）对工件表面无损伤，节省溶剂、热能、工作场地和人工等。

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5 结论

超声加工技术的发展及其取得的应用成果是可喜的。一方面，材料加工的客观需要推动和促进了超声加工技术的发展；另一方面，超声加工技术提供的强有力加工手段，又促进了新材料的发展。材料加工中的很多课题需要我们共同往探讨。展看未来，超声加工技术的发展远景是美好的。

参考文献

参考文献的著录格式如下： （顶格，连续编号，宋体，五号，单倍行距。请注意标点符号）

连续出版刊物：[标引 序号]作者. 文题[J]. 刊名，年，卷（期）：起止页码.

专 著：[标引 序号] 作者. 书名[M]. 出版地：出版者，出版年. 起止页码.

译 著：[标引 序号] 作者. 书名[M]. 译者. 出版地：出版者，出版年. 起止页码.

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学位论文：[标引 序号]作者. 文题[D]. 所在城市：保存单位，年份.

专 利：[标引 序号] 申请者. 专利名[P]. 国名及专利号，发布日期.

技术标准：[标引 序号] 技术标准代号. 技术标准名称[S].

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在线文献（电子公告）：[标引 序号] 作者. 文题[EB/OL]. http://... ，日期.

光盘文献（数据库）：[标引 序号] 作者. 文题[DB/CD]. 出版地：出版者，出版年

（注：作者不超过3人的全部写出，超过3人的只写前3名，后加“等”或“et al”；英、美、德、俄等国人名书写时，应姓前名后，名用缩写；中国人名不用缩写。）

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