超声加工医学宣教专家讲座.pptx

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版标题样式,*,第七章 超声加工,精密与特种加工,Precision and non-traditional machining,超声加工医学宣教专家讲座,第1页,7.1,超声涉及其特征,7.2,超声波加工原理及特点,7.3,超声波加工设备,7.4,超声波加工工艺规律,7.5,超声波加工应用,主要内容,超声加工医学宣教专家讲座,第2页,3,1,、声波类型,7.1,超声涉及其特征,振动在弹性介质内传输称为波动,简称,波,。波动物理实质是能量传递过程。,可闻声波：,频率在,16160000 Hz,之间声波。,次声波：,频率低于,16 Hz,声波。,超声波：,频率高于,16000 Hz,声波。,特超声波：,频率高于,10,10,Hz,声波。,7.1,超声涉及其特征,超声加工医学宣教专家讲座,第3页,4,声波频率界限图,7.1,超声涉及其特征,声波,超声波,次声波,特超声波,超声加工医学宣教专家讲座,第4页,5,2,、超声波基本特征,（,1,）超声波与声波一样，在气体、液体和固体等,不一样弹性介质中传输时，其传输速度不一样。,（,2,）超声波能传递很强能量，它对其,传输方向上障碍物施加压力（声压）。,超声波是一个纵波，其振动能量强弱可用能量密度来衡量,其能量密度可达,100W/cm,2,以上。,（,3,）超声波在液体介质中传输时，可,在界面上产生强烈冲击和空化作用,，强化加工过程进行。,（,4,）超声波会,产生反射、干涉和共振现象，,出现波叠加作用，从而取得更大加工能量。,7.1,超声涉及其特征,超声加工医学宣教专家讲座,第5页,6,7.2,超声波加工原理与特点,1,、超声波加工基本原理,超声波加工是利用超声波作动力，推进磨料以极高速度冲击工件表面，工件材料在磨料打击下被破坏、脱落。,7.2,超声波加工原理与特点,超声加工医学宣教专家讲座,第6页,7,超声发生器将交流电转变为超声电振荡；,换能器将电振荡转变为机械振动；,变幅杆将振幅放大至,0.05,0.1mm,，驱开工具作超声振动。,工具推进磨料高速撞击、抛磨工件，击碎工件表面材料，并使之去除；,工作液产生液压冲击波和空化作用加紧了表面材料裂纹扩展和破坏。,超声波加工是机械撞击、抛磨、空化作用综合结果。其中撞击起主要作用。,超声波空化作用：,指存在于液体中微小气泡，在声波作用下振动，当声压到达一定值时发生生长和瓦解动力学过程。空化作用普通包含,3,个阶段：空化泡形成、长大和猛烈瓦解。,7.2,超声波加工原理与特点,超声加工医学宣教专家讲座,第7页,8,2,、超声波加工特点,（,1,）,适合加工各种硬脆材料，,尤其是不导电非金属材料，比如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。,（,2,）,工具,可用较软材料做,较复杂形状。,（,3,）工具与工件相对运动简单，使,机床结构简单,。,（,4,）切削力小、切削热少，不会引发变形及烧伤，,加工精度与表面质量也很好。,（,5,）超声波加工面积较小，工具头磨损较大，所以，,生产率低。,7.2,超声波加工原理与特点,超声加工医学宣教专家讲座,第8页,9,7.3,超声波加工设备,超声波加工设备又称超声波加工装置，尽管不一样功率大小、不一样企业生产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。,超声波加工装置普通都由,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等部分组成。,7.3,超声波加工设备,超声加工医学宣教专家讲座,第9页,10,超声波加工装置,7.3,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,超声加工医学宣教专家讲座,第10页,11,1,、超声发生器,作用：,将工频交流电转变为含有一定功率输出超声频电振荡。,要求：,输出功率和频率在一定范围内连续可调。,图,7-3,超声发生器组成方图,7.3,超声波加工设备,超声加工医学宣教专家讲座,第11页,12,2,、声学部件,作用：,将超声波发生器输出高频率电能转变为机械振动能，并经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。,组成：,换能器、变幅杆和工具。,（,1,）换能器,作用：,将超声频,电振荡,信号转换为超声频,机械振动。,分类：,压电式换能器（利用压电效应制成）,磁致伸缩式换能器（,利用,磁致伸缩效应,制成）,7.3,超声波加工设备,超声加工医学宣教专家讲座,第12页,13,压电效应,石英晶体、钛酸钡（,BaTiO3,）陶瓷、锆钛酸铅（,ZrPbTiO3,）压电陶瓷等物质受外力变形时，在界面上产生电势；或者相反情况。,7.3,超声波加工设备,超声加工医学宣教专家讲座,第13页,14,磁致伸缩效应,铁、钴、镍及其合金长度能随其所处,磁场强度改变而伸缩,现象。,较压电式换能器有较高机械强度和输出功率。,7.3,超声波加工设备,超声加工医学宣教专家讲座,第14页,15,（,2,）变幅杆,作用：,将换能器取得超声振动振幅加以扩大，以到达加工所需振幅。,分类：,锥形,-,扩大比较小（,5-10,倍），易制造。,指数形,-,扩大比中等（,1020,倍），难制造。,阶梯形,-,扩大比大（,20,倍以上），易制造。,7.3,超声波加工设备,超声加工医学宣教专家讲座,第15页,16,扩大振幅原因,经过变幅杆任一截面振动能量不变（传输损耗不记）,;,截面越小，能量密度越大，振动振幅也就越大,;,能量密度与振幅平方成正比。,7.3,超声波加工设备,超声加工医学宣教专家讲座,第16页,17,（,3,）工具,作用：,推进磨料和悬浮液冲击工件表面，加工出形状和尺寸。,形状和尺寸：,取决于被加工表面形状和尺寸，它们相差一个“加工间隙”。,材料 ：,45,钢、碳素工具钢,普通硬脆材料；,硬质合金、淬火钢,加工精度高；,金刚石镀覆,特殊要求。,7.3,超声波加工设备,超声加工医学宣教专家讲座,第17页,18,3,、机床,1,工作台；,2,工具；,3,变幅杆；,4,换能器；,5,标尺；,6,导轨；,7,支架；,8,平衡重锤,7.3,超声波加工设备,超声加工医学宣教专家讲座,第18页,19,6,、磨料工作液及其循环系统,（,1,）工作液,惯用、效果很好,水,表面质量要求高,煤油或机油,（,2,）磨料,碳化硼、碳化硅或氧化铝,生产率要求高,颗粒大,加工精度、表面质量要求高,颗粒小,（,3,）循环系统,小型加工设备,人工浇注、定时更换,大型加工设备,流量泵自动供给,工具、变幅杆尺寸较大,在其中开孔，由孔内抽吸。,7.3,超声波加工设备,超声加工医学宣教专家讲座,第19页,20,7.4,超声波加工工艺规律,一、加速度及其影响原因,定义：,加工速度指单位时间内去除材料多少，以,mm,3,/min,或,g/min,为单位来表示。,影响加工速度原因：,主要有工具振幅和频率、进给压力、磨料种类和粒度、被加工材料、磨料悬浮液浓度。,7.4,超声波加工工艺规律,超声加工医学宣教专家讲座,第20页,21,1,、工具振幅和频率影响,过大振幅和过高频率会使工具和变幅杆承受很大内应力，振幅普通在,0.01,0.1mm,之间，频率在,16000,25000Hz,之间。,在实际加工中需依据不一样工具调至共振频率，以取得最大振幅，从而到达较高加工速度。,7.4,超声波加工工艺规律,超声加工医学宣教专家讲座,第21页,22,2,、进给压力影响,加工时工具对工件应有一个适当进给压力。,压力过小时，工具端面与工件加工表面间间隙增大，从而降低了磨料对工件锤击力；,压力增大，间隙降低，当间隙降低到一定程度则会降低磨料与工作液循环更新速度，从而降低生产率。,7.4,超声波加工工艺规律,超声加工医学宣教专家讲座,第22页,23,3,、磨料种类和粒度影响,加工时针对不一样强度工件材料可选择不一样磨料。,磨料强度愈高，加工速度愈快，但要考虑价格成本。,加工宝石、金刚石等超硬材料，必须选取金刚石；加工淬火钢、硬质合金，应选取碳化硼；加工玻璃、石英和硅、锗等半导体材料，选取氧化铝磨料。,7.4,超声波加工工艺规律,超声加工医学宣教专家讲座,第23页,24,4,、磨料悬浮液浓度影响,磨料悬浮液浓度低，加工间隙内磨粒少，尤其是在加工面积大、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。,磨料浓度增加，加工速度也增加，但浓度太高，磨粒在加工区域内循环运动和对工件撞击运动受到影响，又会造成加工速度降低。,7.4,超声波加工工艺规律,超声加工医学宣教专家讲座,第24页,25,5,、被加工材料影响,被加工材料愈硬脆，则承受冲击载荷能力愈低，愈易被去除加工，反之，韧性愈好，愈不易加工。,7.4,超声波加工工艺规律,超声加工医学宣教专家讲座,第25页,26,二,、加工精度影响原因,超声波加工精度，除了机床、夹具精度影响外，主要与以下原因相关：,（,1,）磨料粒度；,（,2,）工具精度及其磨损情况；,（,3,）工具横向振动大小；,（,4,）加工深度；,（,5,）被加工材料性质等。,超声波加工孔径范围,0.190mm,，孔深为孔径,1020,被以上。孔精度可达,0.02mm,或更高。,7.4,超声波加工工艺规律,超声加工医学宣教专家讲座,第26页,27,三,、,表面质量影响,超声波加工含有良好表面质量，不会产生表面变质层和烧伤；,超声波加工表面粗糙度主要与磨粒尺寸、工件材料性质、超声波振幅以及磨料悬浮液成份等相关。,磨粒尺寸愈小，超声振幅愈小，工件材料越硬，生产率愈低，表面粗糙度愈会得到显著改进；,用煤油或者润滑油代替水可使表面粗糙度值减小，提升表面质量。,7.4,超声波加工工艺规律,超声加工医学宣教专家讲座,第27页,28,7.5,超声波加工应用,7.4,超声波加工应用,超声波加工生产率即使比电火花加工和电解加工低，但其,加工精度和表面质量,都优于它们。,更主要是,能够加工它们难以加工半导体和非金属硬脆材料，,如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。,对于电火花加工后一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模等，最终还经惯用超声波抛磨、光整加工，使表面粗糙度深入降低。,超声加工医学宣教专家讲座,第28页,29,1,、型（腔）孔加工,图,7-12,超声波加工型孔、腔孔类型,超声波当前主要应用在,脆硬材料,圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等加工。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第29页,30,微细孔加工,近几年来，超声波加工已向,微细加工,领域扩展，日本东京大学工业科学学院采取超声波加工方法，加工出了,玻璃上直径,9m,微孔,微小透平腔,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第30页,31,图,7-15,超声波切割加工,2,、切割加工,对于难以用普通加工方法切割脆硬材料如陶瓷、石英、硅、宝石等用超声波加工含有切片薄、切口窄、精度高、生产率高、经济性好等优点。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第31页,32,3,、超声波清洗,原理：,基于清洗液在超声波作用下产生,空化效应,结果。空化效应产生强烈冲击液直接作用到被清洗部位，使污物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来。,应用：,主要用于几何形状复杂、清洗质量要求高,而用其它方法清洗效果差中小精密零件，尤其是工件上深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、窄缝等部位精清洗，生产率和净化率都很高。,当前在半导体和集成电路元件、仪器仪表零件、电真空器件、光学零件、医疗器械等清洗中应用。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第32页,33,图,7-20,超声波清洗装置,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第33页,34,4,、超声波焊接,原理,：利用超声振动作用去除工件表面氧化膜，使工件露出本体表面，使两个被焊工件表面在高速振动撞击下摩擦发烧并亲和粘在一起。,应用：,用于焊接尼龙、塑料及表面易生成氧化膜铝制品，还能够在陶瓷等非金属表面挂锡、挂银，从而改进这些材料可焊性；焊接普通极难焊接稀有金属，如钛、钼等。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第34页,35,超声波塑料焊接机,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第35页,36,5,、复合加工,采取,超声波加工硬质合金、耐热合金等硬质金属材料时加工速度低，工具损耗大，为了提升加工速度和降低工具损耗，,采取超声波、电解加工或电火花加工相结合来加工,喷油嘴、喷丝板上孔或窄缝，这么可大大提升生产率和质量。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第36页,37,（,1,）超声电解复合加工,辅以超声振动复合电解加工。用于难加工材料表面光整及深小孔加工。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第37页,38,（,2,）超声电火化复合加工,原理：,在普通电火花加工时，引入超,声波，使电极工具端面作超声振动。,超声声学部件夹固在电火花加工机床主轴头下部，脉冲电源加在工具和工件上，加工时主轴作伺服进给，工具端面作超声振动。,效果：,不加超声时电火花精加工放电脉冲利用率为,3%5%,，加上超声振荡后，电火花精加工时有效放电脉冲利用率可提升,50%,以上，从而提升生产效率,220,倍。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第38页,39,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第39页,40,（,3,）超声抛光及电解超声复合加工,利用导电油石作导电工具，对工件表面进行电解超声复合抛光加工，有利于改进表面粗糙度。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第40页,41,6,、无损检测,利用超声波定向发射、反射、穿透大多数材料特征，在测距、控制、监测及材料测量方面进行无损检测,。,探测金属内部缺点,比如：探测材料内部和表面缺点，评价物理、力学性质，锅炉、压力容器制造、运行中检测。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第41页,42,7,、超声波在生活中应用,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第42页,43,超声波除尘,只要在烟囱里装一个超声波除尘器，不消片刻，烟囱就冒着洁净白烟了。,超声波除尘装置,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第43页,44,超声波促进植物生长,种子发芽需要水分、氧气和一定温度。种子外面裹着一层严严实实种皮，它即使能保护种子不受伤害，不过它透水性和透气性都不好，是种子“喝”不到足够水分，“呼吸”也尤其微弱，就像睡着了。所以，有了适当条件也不易发芽。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第44页,45,超声波促进植物生长,当超声波射到浸泡在水里种子时，激烈超声振动会对种子产生一个类似摩擦作用，因而使得种皮透水性和透气性大大增强，并能使种子得到一定温度。这么,种子吸着水“发胖”，呼吸也加紧了，种子就能提早发芽。,同时,超声波还能促使种子内贮存淀粉、脂肪和蛋白质更加好溶解于水，变成易被种胚吸收养料,，苗儿就使劲长个儿。另外，超声波还含有,杀菌作用,，能杀死潜伏在种子身上一些病菌和虫卵。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第45页,46,超声波侦察海底,超声波在水中能过按着一定方向直线前进，它能传到几公里、几十公里，甚至几百公里以外。而且，它又能形成射束，聚成很狭一束，向一个方向传输。当它中途碰到障碍物时，又会有一部分能量按原方向反射回来。所以，当,接收到回声讯号，经过放大送到显示器，就能够立刻显示出目标距离和方位了。,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第46页,47,超声波诊疗疾病,医生会把发射超声波探头放在病人体表适当位置，让超声波在人体里面传输。当那个器官了病，,反射回升讯号与正常情况不一样,，医生就能够诊疗那部分脏器有了病变和分析病变性质。比如像肿瘤、脑瘤、肝硬化、胃下垂、结石等等。,另外，有一个“超声波现象仪”，人们还能够在它电视荧光拼上看到诸如跳动着心脏、母亲腹内胎儿等活动“电影”。所以，超声波也是医生好助手。,B,超,诊疗疾病,7.4,超声波加工应用,超声加工医学宣教专家讲座,第47页,