超声加工学习教案.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,超声加工(ji gng),第一页，共48页。,2,1、声波(shn b)类型,2.1 超声波及其特性(txng),振动在弹性介质内的传播称为波动,简称波。波动的物理(wl)实质是能量的传递过程。,可闻声波：频率在16160000 Hz之间的声波。,次声波：频率低于16 Hz的声波。,超声波：频率高于16000 Hz的声波。,特超声波：频率高于1010 Hz的声波。,2.1,超声波及其特性,第1页/共47页,第二页，共48页。,3,声波(shn b)的频率界限图,2.1 超声波及其特性(txng),声波,超声波,次声波,特超声波,第2页/共47页,第三页，共48页。,4,2、超声波的基本(jbn)特性,（1）超声波与声波一样，在气体(qt)、液体和固体等不同弹性介质中传播时，其传播速度不同。,（2）超声波能传递很强的能量，它对其传播方向上的障碍物施加压力（声压）。超声波是一种纵波，其振动能量的强弱可用能量密度来衡量,其能量密度可达100W/cm2 以上。,（3）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化作用，强化加工过程的进行。,（4）超声波会产生反射、干涉和共振现象，出现波的叠加作用，从而获得更大的加工能量。,2.1 超声波及其特性(txng),第3页/共47页,第四页，共48页。,5,7.2 超声波加工(ji gng)的原理与特点,1、超声波加工的基本原理,超声波加工是利用超声波作动力，推动磨料以极高的速度冲击工件表面(biomin)，工件材料在磨料打击下被破坏、脱落。,2.2 超声波加工的原理(yunl)与特点,第4页/共47页,第五页，共48页。,6,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0.050.1mm，驱动工具作超声振动。,工具推动磨料高速撞击、抛磨工件，击碎工件表面材料，并使之去除；,工作液产生的液压冲击波和空化作用加快了表面材料的裂纹(li wn)扩展和破坏。,超声波加工是机械撞击、抛磨、空化作用的综合结果。其中撞击起主要作用。,超声波空化作用：指存在于液体中的微小气泡，在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长(shngzhng)和崩溃的动力学过程。空化作用一般包括3个阶段：空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。,2.2 超声波加工的原理(yunl)与特点,第5页/共47页,第六页，共48页。,7,2、超声波加工(ji gng)的特点,（1）适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。,（2）工具可用较软的材料做较复杂的形状。,（3）工具与工件相对运动简单(jindn)，使机床结构简单(jindn)。,（4）切削力小、切削热少，不会引起变形及烧伤，加工精度与表面质量也较好。,（5）超声波加工的面积较小，工具头磨损较大，因此，生产率低。,2.2 超声波加工的原理(yunl)与特点,第6页/共47页,第七页，共48页。,8,7.3 超声波加工(ji gng)设备,超声波加工设备又称超声波加工装置，尽管不同功率大小、不同公司生产的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。,超声波加工装置一般都由超声发生器、超声振动系统（声学部件）、机床本体(bnt)和磨料工作液循环系统等部分组成。,2.3 超声波加工(ji gng)设备,第7页/共47页,第八页，共48页。,9,超声波加工(ji gng)装置,2.3 超声波加工(ji gng)设备,1-冷却器,2-磨料悬浮液抽出,3-工具(gngj),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,第8页/共47页,第九页，共48页。,10,1,、超声发生器,作用：将工频交流电转变为具有一定功率输出的超声频电振荡。,要求：输出的功率和频率在一定范围(fnwi)内连续可调。,图7-3 超声发生器的组成(z chn)方图,2.3 超声波加工(ji gng)设备,第9页/共47页,第十页，共48页。,11,2、声学(shngxu)部件,作用：将超声波发生器输出的高频率电能转变为机械振动能，并通过(tnggu)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）,2.3 超声波加工(ji gng)设备,第10页/共47页,第十一页，共48页。,12,压电效应(y din xio yng),石英(shyng)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；或者相反的情况。,2.3 超声波加工(ji gng)设备,第11页/共47页,第十二页，共48页。,13,磁致伸缩(shn su)效应,铁、钴、镍及其合金的长度能随其所处的磁场强度的变化而伸缩的现象(xinxing)。,较压电式换能器有较高的机械强度和输出功率。,2.3 超声波加工(ji gng)设备,第12页/共47页,第十三页，共48页。,14,（,2,）变幅杆,作用：将换能器获得的超声振动振幅加以扩大，以达到(d do)加工所需的振幅。,分类：,锥形-扩大(kud)比较小（5-10倍），易制造。,指数形-扩大(kud)比中等（1020倍），难制造。,阶梯形-扩大(kud)比大（20倍以上），易制造。,2.3 超声波加工(ji gng)设备,第13页/共47页,第十四页，共48页。,15,扩大(kud)振幅的原因,通过变幅杆任一截面的振动能量不变（传播(chunb)损耗不记）;,截面越小，能量密度越大，振动振幅也就越大;,能量密度与振幅的平方成正比。,2.3 超声波加工(ji gng)设备,第14页/共47页,第十五页，共48页。,16,（3）工具(gngj),作用：推动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：取决于被加工表面的形状和尺寸，它们(t men)相差一个“加工间隙”。,材料 ：,45钢、碳素工具钢一般硬脆材料；,硬质合金、淬火钢加工精度高；,金刚石镀覆特殊要求。,2.3 超声波加工(ji gng)设备,第15页/共47页,第十六页，共48页。,17,3、机床(jchung),1工作台；,2工具；,3变幅杆；,4换能器；,5标尺(bioch)；,6导轨；,7支架；,8平衡重锤,2.3 超声波加工(ji gng)设备,第16页/共47页,第十七页，共48页。,18,6、磨料(mlio)工作液及其循环系统,（1）工作液,常用、效果较好水,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、定期更换,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(qzhng)开孔，由孔内抽吸。,2.3 超声波加工(ji gng)设备,第17页/共47页,第十八页，共48页。,19,7.4 超声波加工的工艺(gngy)规律,一、加速度及其影响(yngxing)因素,定义：加工速度指单位时间内去除材料的多少，以mm3/min或g/min为单位来表示。,影响加工速度的因素：主要(zhyo)有工具的振幅和频率、进给压力、磨料的种类和粒度、被加工材料、磨料悬浮液的浓度。,2.4,超声波加工的工艺规律,第18页/共47页,第十九页，共48页。,20,1、工具振幅和频率(pnl)的影响,过大的振幅和过高的频率会使工具和变幅杆承受很大的内应力，振幅一般在0.010.1mm之间，频率在1600025000Hz之间。,在实际(shj)加工中需根据不同工具调至共振频率，以获得最大振幅，从而达到较高的加工速度。,2.4 超声波加工的工艺(gngy)规律,第19页/共47页,第二十页，共48页。,21,2、进给压力(yl)的影响,加工时工具对工件应有一个适当的进给压力。,压力过小时，工具端面与工件加工表面(biomin)间的间隙增大，从而减少了磨料对工件的锤击力；,压力增大，间隙减少，当间隙减少到一定程度则会降低磨料与工作液的循环更新速度，从而降低生产率。24 超声波加工(ji gng)的工艺规律,第20页/共47页,第二十一页，共48页。,22,3、磨料种类和粒度(l d)的影响,加工时针对不同强度的工件材料可选择不同的磨料。,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，必须选用金刚石；加工淬火(cu hu)钢、硬质合金，应选用碳化硼；加工玻璃、石英和硅、锗等半导体材料，选用氧化铝磨料。,2.4 超声波加工的工艺(gngy)规律,第21页/共47页,第二十二页，共48页。,23,4、磨料悬浮液浓度(nngd)的影响,磨料悬浮液浓度低，加工间隙内的磨粒少，特别是在加工面积大、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。,磨料浓度的增加，加工速度也增加，但浓度太高，磨粒在加工区域内的循环(xnhun)运动和对工件的撞击运动受到影响，又会导致加工速度降低。,24 超声波加工的工艺(gngy)规律,第22页/共47页,第二十三页，共48页。,24,5、被加工(ji gng)材料的影响,被加工(ji gng)材料愈硬脆，则承受冲击载荷的能力愈低，愈易被去除加工(ji gng)，反之，韧性愈好，愈不易加工(ji gng)。,2.4 超声波加工的工艺(gngy)规律,第23页/共47页,第二十四页，共48页。,25,二、加工精度的影响(yngxing)因素,超声波的加工精度，除了机床、夹具精度影响外，主要与以下因素有关(yugun)：,（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。,超声波加工的孔径范围0.190mm，孔深为孔径的1020被以上。孔的精度可达0.02mm或更高。,2.4 超声波加工的工艺(gngy)规律,第24页/共47页,第二十五页，共48页。,26,三、表面质量的影响(yngxing),超声波加工具有(jyu)良好的表面质量，不会产生表面变质层和烧伤；,超声波加工的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的成分等有关。,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明显改善；,用煤油或者润滑油代替水可使表面粗糙度值减小，提高表面质量。,2.4 超声波加工(ji gng)的工艺规律,第25页/共47页,第二十六页，共48页。,27,7.5 超声波加工(ji gng)的应用,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,超声波加工的生产率虽然比电火花加工和电解加工低，但其加工精度和表面(biomin)质量都优于它们。,更重要的是可以加工它们难以加工的半导体和非金属的硬脆材料，如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。,对于电火花加工后的一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模等，最后还经常用超声波抛磨、光整加工，使表面(biomin)粗糙度进一步降低。,第26页/共47页,第二十七页，共48页。,28,1、型（腔）孔加工(ji gng),图,7-12,超声波加工的型孔、腔孔类型,超声波目前主要应用(yngyng)在脆硬材料的圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等的加工。,24 超声波加工(ji gng)的应用,第27页/共47页,第二十八页，共48页。,29,微细(wix)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(xuyun)采用超声波加工方法，加工出了,玻璃上直径,9m,的微孔,微小透平腔,24 超声波加工(ji gng)的应用,第28页/共47页,第二十九页，共48页。,30,图,7-15,超声波切割加工,2、切割(qig)加工,对于难以用普通加工方法切割的脆硬材料如陶瓷、石英(shyng)、硅、宝石等用超声波加工具有切片薄、切口窄、精度高、生产率高、经济性好等优点。,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第29页/共47页,第三十页，共48页。,31,3、超声波清洗(qngx),原理：基于清洗液在超声波作用下产生空化效应的结果。空化效应产生的强烈冲击液直接作用到被清洗的部位，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(fngf)清洗效果差的中小精密零件，特别是工件上的深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、窄缝等部位的精清洗，生产率和净化率都很高。,目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、医疗器械等的清洗中应用。,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第30页/共47页,第三十一页，共48页。,32,图,7-20,超声波清洗装置,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第31页/共47页,第三十二页，共48页。,33,4、超声波焊接(hnji),原理：利用超声振动作用去除工件表面的氧化膜，使工件露出本体(bnt)表面，使两个被焊工件表面在高速振动撞击下摩擦发热并亲和粘在一起。,应用：用于焊接尼龙、塑料及表面易生成氧化膜的铝制品，还可以(ky)在陶瓷等非金属表面挂锡、挂银，从而改善这些材料的可焊性；焊接一般很难焊接的稀有金属，如钛、钼等。,2.4,超声波加工的应用,第32页/共47页,第三十三页，共48页。,34,超声波塑料(slio)焊接机,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第33页/共47页,第三十四页，共48页。,35,5、复合(fh)加工,采用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(gngj)损耗大，为了提高加工速度和降低工具(gngj)损耗，采用超声波、电解加工或电火花加工相结合来加工喷油嘴、喷丝板上的孔或窄缝，这样可大大提高生产率和质量。,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第34页/共47页,第三十五页，共48页。,36,（1）超声电解复合(fh)加工,辅以超声振动的复合(fh)电解加工。用于难加工材料的表面光整及深小孔加工。,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第35页/共47页,第三十六页，共48页。,37,（2）超声电火化复合(fh)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的主轴头下部，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的放电脉冲利用率为3%5%，加上超声振荡后，电火花精加工时的有效放电脉冲利用率可提高50%以上(yshng)，从而提高生产效率220倍。,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第36页/共47页,第三十七页，共48页。,38,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第37页/共47页,第三十八页，共48页。,39,（3）超声抛光(pogung)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(dinji)超声复合抛光加工，有利于改善表面粗糙度。,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第38页/共47页,第三十九页，共48页。,40,6、无损(w sn)检测,利用超声波定向发射(fsh)、反射、穿透大多数材料特性，在测距、控制、监测及材料测量方面进行无损检测。,探测(tnc)金属内部缺陷,例如：探测材料内部和表面缺陷，评价物理、力学性质，锅炉、压力容器制造、运行中的检测。,2.4,超声波加工的应用,第39页/共47页,第四十页，共48页。,41,7、超声波在生活中的应用(yngyng),2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第40页/共47页,第四十一页，共48页。,42,超声波除尘(chchn),只要在烟囱里装一个(y)超声波除尘器，不消片刻，烟囱就冒着干净的白烟了。,超声波除尘(chchn)装置,2.4,超声波加工的应用,第41页/共47页,第四十二页，共48页。,43,超声波促进(cjn)植物生长,种子发芽需要水分、氧气和一定的温度。种子外面裹着一层严严实实的种皮，它虽然能保护种子不受伤害，但是(dnsh)它的透水性和透气性都不好，是种子“喝”不到足够的水分，“呼吸”也特别微弱，就像睡着了。因此，有了合适的条件也不易发芽。,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第42页/共47页,第四十三页，共48页。,44,超声波促进(cjn)植物生长,当超声波射到浸泡在水里的种子时，激烈的超声振动会对种子产生一种类似摩擦的作用，因而使得种皮的透水性和透气性大大增强，并能使种子得到一定温度。这样(zhyng)种子吸着水“发胖”，呼吸也加快了，种子就能提早发芽。,同时超声波还能促使种子内贮存的淀粉、脂肪和蛋白质更好的溶解于水，变成易被种胚吸收的养料，苗儿就使劲的长个儿。此外，超声波还具有杀菌作用，能杀死潜伏在种子身上的某些病菌和虫卵。,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第43页/共47页,第四十四页，共48页。,45,超声波侦察(zhnch)海底,超声波在水中能过按着一定的方向直线前进，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，聚成很狭的一束，向一个方向传播。当它中途遇到障碍物时，又会有一部分能量(nngling)按原方向反射回来。因此，当接收到回声讯号，经过放大送到显示器，就可以立刻显示出目标的距离和方位了。,2.4 超声波加工(ji gng)的应用,第44页/共47页,第四十五页，共48页。,46,超声波诊断(zhndun)疾病,医生会把发射超声波的探头放在病人体表的适当位置，让超声波在人体里面传播。当那个器官的了病，反射的回升讯号与正常的情况不一样，医生就可以诊断那部分脏器有了病变和分析病变的性质。比如像肿瘤、脑瘤、肝硬化、胃下垂、结石等等。,此外，有一种“超声波现象仪”，人们还可以在它的电视荧光拼上看到诸如跳动着的心脏、母亲腹内的胎儿(ti r)等的活动“电影”。因此，超声波也是医生的好助手。,B,超,诊断(zhndun)疾病,2.4,超声波加工的应用,第45页/共47页,第四十六页，共48页。,47,第 2章 作业(zuy),作业(zuy),简述(jin sh)超声波加工的基本原理和特点。,第46页/共47页,第四十七页，共48页。,48,感谢您的观看(gunkn)。,第47页/共47页,第四十八页，共48页。,