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1、 Page: 6/6 超声波切割机 Page: 1 / 6 Ref.: FAPRKS Date: August 7, 2011 Jakob Müller Machinery (China) Co., Ltd. 超声波切割机 超声波切割机的原理与传统意义上的切割完全不同。它是利用超声波的能量，将被切割材料的局部加热熔化，从而达到切割材料的目的。所以超声波切割不需要锋利的刃口，也不需要很大的压力，不会造成被切割材料的崩边、破损。同时，由于切割刀在做超声波振动，摩擦阻力特别小，被切割材料不易粘在刀片上。这对粘性和弹性材料、冰冻材料，如食品，橡胶等，或不便加压力
2、的物体切割，特别有效。 超声波切割还有一个很大的优点，就是它在切割的同时，在切割部位有熔合作用。切割部位被完美地封边了，可防止被切割材料组织的松散（如纺织材料飞边）。 超声波切割机的用途还可以扩展，如挖孔，铲挖，刮漆，雕刻，分条等等。 二、基本结构和特点 超声波切割机是利用波能量进行切割加工的一类设备，它最大的特点是切割不用刃口。或者说，不用传统意义上的刃口。传统的切割是利用带有锋利刃口的刀具，压向被切割材料。此压力集中在刃口处，压强就非常大，超过了被切割材料的剪切强度，材料的分子结合被拉开，就被割断了。由于材料是被强大的压强硬性拉开的，所以切割刀具刃口就应该非常锋利，材料本身还要承受
3、比较大的压力。对软性、有弹性的材料切割效果不好，对粘性材料困难更大。 超声波切割机基本构成是超声波换能器、变幅杆、切割刀（工具头），驱动电源。超声波驱动电源将市电转换成高频高电压交流电流，输给超声波换能器。超声波换能器其实就相当于一个能量转换器件，它能将输入的电能转换成机械能，即超声波。其表现形式是换能器在纵向作来回伸缩运动。伸缩运动的频率等同于驱动电源供出的高频交流电流频率。变幅杆的作用一是固定整个超声波振动系统，二是将换能器的输出振幅放大。切割刀（工具头）一方面进一步放大振幅，聚焦超声波。另一方面是输出超声波，利用切割刀的类似刃口，将超声波能量集中输入到被切割材料的切割部位。该部位在巨大
4、超声波能量的作用下，瞬间软化、熔化，强度大大下降。此时，只要施加很小的切割力，就可达到切割材料的目的。 类似于常规切割，所需要的基本的构件是切刀和砧板，超声波切割机也由有两种基本结构。根据超声波施加位置的不同，我们不妨可以把它分成超声波切刀式切割机和超声波砧板式切割机。 超声波切刀式切割机是直接将超声波能量加载到切刀上，切刀就变成一把带有超声波的切刀。在切割材料时，材料主要是被超声波能量软化和熔化的，切刀的刃口只是起到切缝定位、超声波能量输出、分隔材料的作用。这种切割方式适用于粗、厚、长等不方便设置砧板的材料的切割。如炼胶机输出的生胶分切，管子切割，冻肉、糖果、巧克力切割，印刷线路板，或手
5、持式切割机等等。 超声波砧板式切割机的基本结构和超声波切刀式切割机类似，只是超声波输出部分不是切割刀，而是一个标准的超声波平面模具。在这里，该模具就相当于一块砧板。只不过，这是一块在作超声波振动的砧板。切割刀就还是用传统的、任何形状的均可，只是对刃口的锋利要求下降了，切刀的寿命也大大延长了。 在很多情况下，由于有了超声波的作用，传统的切割刀片也允许有了很大的变化。最典型的是切刀转化成了带凸起图案的圆柱型轮子，俗称花轮。凸起的部分相当于切刀的刃口，被切割的材料在花轮和超声波砧板间走过。这种组合可以切割出变化无穷无尽的花纹图案，成本很低，效率极高。这种切割方式适用薄片状材料的切割，如各类商标，
6、服装花边，布料裁剪，装饰珠片切割，天然纤维，合成纤维，无纺布，人造树脂，纸张，胶片切割、分条等等 解决方案 超声波切割应用技术 本公司最新开发出可适用于加工电子零部件（陶瓷类零部件）及光学零部件（光学电子零部件、光学通讯零部件）的超声波切割技术，该应用技术能够对迄今为止加工困难的玻璃以及陶瓷等难切削材料进行切割加工。 过去加工难切削材料时遇到的难题 在对玻璃、陶瓷、金属以及树脂等难切削材料进行切割加工时，容易出现以下各种各样的问题 1. 由于发生磨轮刀片磨粒钝化*1、及气孔堵塞*2 等现象，致使加工负荷增大。随着加工负荷变大*3，会进一步增加加工物崩裂及毛刺
7、的形成，导致磨轮刀片发生破损,、异常磨损以及加工物烧伤等不良现象的发生。 *1 磨轮刀片头部的磨粒产生磨损，且表面磨粒发生钝化的现象。在这种状态下，磨轮刀片就无法正常进行加工。 *2 由于在磨轮刀片头部粘附了加工物的切削碎屑及胶膜粘合剂等，致使表面磨粒不能突出的现象。在这种状态下与磨粒钝化一样，磨轮刀片就无法正常进行加工。 *3 使用较细的磨粒或提高进刀速度，都会导致加工负荷上升。通过观察主轴电流值的变化，就可确认加工负荷是否在上升。 2. 由于该类型磨轮刀片的适用范围受到限制，因此在选择结合剂时，为防止磨粒钝化及气孔堵塞等现象的发生，工艺上
8、要求磨轮刀片产生适度的损耗，所以使用树脂类以外的结合剂会比较困难。另外，即使在选择磨粒尺寸时，也需要采用尺寸较大的#320～#600磨粒。 为了解决在难切削材料加工过程中出现的如上所述的问题，本公司开发出作为其解决方案之一的超声波切割技术。 超声波切割加工原理 采用超声波技术进行切割加工时，将安装在主轴后方的超声波振动器所产生的前后振动，经过主轴及磨轮刀片的基台传递到磨轮刀片的外圆部分，并转换成半径方向上的膨胀运动。通过这种振动转换方式，就能够获得超声波加工所需要的理想的振动方向。（图1） 图1.超声波振动发生的原理 通过超声
9、波的作用使磨轮刀片在半径方向上产生瞬间的伸缩式振动，就能在极短的时间内，使磨粒与加工物之间在高加速度状态下反复进行碰撞。（图2）其结果是一边使加工物表面产生微小的破碎层，一边对其进行加工，因此能大幅度地降低磨轮刀片的加工负荷。另外，由于超声波的振动，致使磨轮刀片与加工物之间产生间隙，从而大大改善了磨粒的冷却效果，并且通过防止磨粒钝化及气孔堵塞等现象的发生，就能够提高加工物的加工质量，并延长磨轮刀片的使用寿命。（图4） 图2.超声波切割加工原理 [加工条件] 加工物: 钠玻璃 厚度为 1mm 主轴转速: 12000rpm 进刀量: 0.5mm
10、 图3.比较在加工钠玻璃时的主轴电流值 超声波OFF 由于磨轮刀片的头部被磨削，使表面磨粒无法突出，从而导致磨粒钝化现象的发生。 超声波ON 在超声波ON的状态下，能够保持表面磨粒突出在外。 加工石英玻璃时超声波ON/OFF的比较照片 图4.防止磨粒钝化的效果 超声波切割的优点 通过减少加工负荷，改善磨粒的冷却状况，就能够获得各种良好的效果。 1. 即使原来因磨轮刀片发生破损而无法使用的磨粒细度为#2000左右的电铸结合剂磨轮刀片也能够对玻璃、石英、陶瓷等脆性材料实施切割加工。其结果可大幅度
11、地改善加工质量。另外，即使采用与原来尺寸相同的磨粒实施加工，由于加工负荷得到了降低，所以也能够使进给速度得到大幅度的提高。（图5、6） [加工条件] 加工物: 石英玻璃 厚度为300μm 磨轮刀片: ＃2000电铸型 主轴转速: 12000rpm 图5.比较在加工石英玻璃时的进给速度 超声波OFF 进给速度: 1㎜/sec(超声波OFF) ※磨轮刀片发生破损 超声波ON 进给速度: 6㎜/sec(超声波ON) [加工条件] 加工物: 石英玻璃 厚度为300μm 磨轮刀片: ＃2000电铸型 主
12、轴转速: 12000rpm 图6.加工石英时的表面崩裂（与图5的条件相同） 2. 即使在加工树脂和金属等韧性材料时，由于磨粒的冷却效果和超声波的作用，也能够抑制切削碎屑粘附在磨轮刀片的头部，从而能防止因气孔堵塞而导致加工不良现象的发生（毛刺增大）。 超声波OFF 进给速度: 20㎜/sec(超声波OFF) 超声波ON 进给速度: 20㎜/sec(超声波ON) [加工条件] 加工物: QFN (全金属) 磨轮刀片: #360电铸型 主轴转速: 12000rpm 进给速度: 20㎜/sec 图7.加工Q
13、FN时产生的电极毛刺 3. 由于能采用强度虽然较高，但容易发生磨粒钝化及气孔堵塞的电铸类结合剂，并且还可选择尺寸较小的磨粒，所以能减小磨轮刀片的厚度,从而提高了材料的成品率。 超声波切割专用磨轮刀片 迪思科公司通过灵活运用丰富的磨轮刀片专业生产技术，成功地开发出超声波切割专用磨轮刀片。另外，其结合剂类型也可以从树脂结合剂、金属结合剂、电铸结合剂中进行选择，从而能满足客户各种各样的要求。 配置超声波主轴的设备 超声波主轴作为选配项目可配置在DAD3350型设备上。 本公司计划将来逐步扩大可安装该主轴的产品系列。
14、 超声波切割原理 作者：富阳成功超声 来源：未知 日期：2011-2-28 9:43:50 人气：38 标签：超声波切割 导读：切割技术的介绍与分析---超声波切割超声波切割加工原理采用超声波技术进行切割加工时，通过超声波振动部组（振子）所产生的振动（让电能转换成机械能），经过HOR… 切割技术的介绍与分析---超声波切割 超声波切割加工原理 采用超声波技术进行切割加工时，通过超声波振动部组（振子）所产生的振动（让电能转换成机械能），经过HORN（ 焊头）传递热量，通过到花轮（刀具）旋转挤压，就能够获取超声波加工所需要的效果。
15、通过超声波的作用使磨轮刀片在半径方向上产生瞬间的伸缩式振动，就能在极短的时间内，使磨粒与加工物之间在高 加速度状态下反复进行碰撞。其结果是一边使加工物表面产生微小的破碎层，一边对其进行加工，因此能大幅度地降低磨轮 刀片的加工负荷。另外，由于超声波的振动，致使磨轮刀片与加工物之间产生间隙，从而大大改善了磨粒的冷却效果，并且 通过防止磨粒钝化及气孔堵塞等现象的发生，就能够提高加工物的加工质量，并延长磨轮刀片的使用寿命。 超声波切割特点 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。 激光加工技术 国外激光加工设备和工艺发展迅速，现
16、已拥有100kW的大功率CO2激光器、kW级高光束质量的Nd:YAG固体激光器，有的可 配上光导纤维进行多工位、远距离工作。激光加工设备功率大、自动化程度高，已普遍采用CNC控制、多坐标联动，并装有 激光功率监控、自动聚焦、工业电视显示等辅助系统。 激光制孔的最小孔径已达0.002mm，已成功地应用自动化六坐标激光制孔专用设备加工航空发动机涡轮叶片、燃烧室气膜 孔，达到无再铸层、无微裂纹的效果。激光切割适用于由耐热合金、钛合金、复合材料制成的零件。目前薄材切割速度可达 15m/min，切缝窄，一般在0.1～1mm之间，热影响区只有切缝宽的10%～20%，最大切割厚度可达45m
17、m，已广泛应用于飞机三 维蒙皮、框架、舰船船身板架、直升机旋翼、发动机燃烧室等。 激光焊接薄板已相当普遍，大部分用于汽车工业、宇航和仪表工业。激光精微焊接技术已成为航空电子设备、高精密机械 设备中微型件封装结点的微型连接的重要手段。激光表面强化、表面重熔、合金化、非晶化处理技术应用越来越广，激光微 细加工在电子、生物、医疗工程方面的应用已成为无可替代的特种加工技术。激光快速成型技术已从研究开发阶段发展到实 际应用阶段，已显示出广阔的应用前景。 国内70年代初已开始进行激光加工的应用研究，但发展速度缓慢。在激光制孔、激光热处理、焊接等方面虽有一定的应用 ，但质量不稳定。
18、目前已研制出具有光纤传输的固体激光加工系统，并实现光纤耦合三光束的同步焊接和石英表芯的激光焊 接。完成了激光烧结快速成型原理样机研制，并采用环氧聚脂和树脂砂烧结粉末材料，快速成型出典型零件，如叶轮、齿轮 。 激光加工技术今后几年应结合已取得的预研成果，针对需求，重点开展无缺陷气膜小孔的激光加工及实时检控技术、高强 铝(含铝锂、铝镁)合金的激光焊接技术、金属零件的激光粉末烧结快速成型技术、激光精密加工及重要构件的激光冲击强化 等项目的研究。实现高温涡轮发动机气膜孔无缺陷加工，可使叶片使用寿命达2000小时以上；以焊代替数控加工飞机次承力 构件，以及带筋壁板的以焊代铆；实现重要零
19、部件的表面强化，提高安全性、可靠性等，从而使先进的激光制造技术在军事 工业中发挥更大的作用 超声波加工技术 超声波加工基本原理： 在工件和工具间加入磨料悬浮液, 由超声波发生器产生超声振荡波, 经换能器转换成超声机械振动, 使悬浮液中的磨粒不断 地撞击加工表面, 把硬而脆的被加工材料局部破坏而撞击下来。在工件表面瞬间正负交替的正压冲击波和负压空化作用下强 化了加工过程。因此,超声波加工实质上是磨料的机械冲击与超声波冲击及空化作用的综合结果。 在传统超声波加工的基 础上发展了旋转超声波加工, 即工具在不断振动的同时还以一定的速度旋转, 这将迫使工具中的磨粒不断地冲击和划擦工件 表面, 把工件材料粉碎成很小的微粒去除, 以提高加工效率。 超声波加工精度高, 速度快, 加工材料适应范围广, 可加工 出复杂型腔及型面, 加工时工具和工件接触轻, 切削力小, 不会发生烧伤、变形、残余应力等缺陷, 而且超声加工机床的结 构简单, 易于维护。 水射流切割加工 超高压水射流切割机是将普通的水通过一个超高压加压器，将水加压至3000bar，然后通过通道直径为 0.3mm的水喷嘴产生一道约3倍音速的水射流，在计算机的控制下可方便的切割任意图形的软材料，如纸类、海绵、纤维等， 若加入砂料增加其切割力，则几乎可以切割任意材料. 27102
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