一种新颖的超声振动加工技术

Ｎ洲ＰｒｏｄｕｃｌｓａｎｄＮｅｗＴｅｃｈ黼Ｉｇｉｅｓ新产品新技术一种新颖的超声振动加工技术

艾枫

（德马吉公司，北京１０００１３）

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ＡＩＦｅｎｇ

（ＤＭＧＣｏ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１３，ＣＨＮ）

随着超声振动加工机床的出现，掀起了一场超硬脆性材料加工领域的革命，使包括陶瓷、玻璃、硬质合金、硅、石墨、复合材料和贵重石材等在内的高效加工理念焕然一新。

当今，在医疗器材、光学行业、汽车工业、航空航天等许多领域内，对高硬度零件的需求正在日益增加，而陶瓷、复合材料、硅、石英、铁氧体、宝石、玻璃和硬质合金等“先进材料”的普及恰恰满足了这种需求。但是，一方面，这些材料有着极为优异的特性，诸如：重量轻、抗腐蚀、耐高温、抗磨损等；而另一方面，由于这些材料的高硬度和脆性，以及零件形状的特殊性，使用传统的加工方式，比如金刚石砂轮磨削、电火花加工或化学腐蚀加工，几乎是不可能的，或者是成本很高，效率很低。

面对挑战，超声振动加工技术使该领域的加工产生了一次飞跃。不但可以克服零件材料的硬度和脆性，而且有着其他传统方式所无法比拟的功能和加工柔性。

ｌ超声振动的产生及加工原理

“超声振动加工”，顾名思义，是在切削过程中加人了振动元素。频率超过２０ｋＨｚ的声波为超声波。在此讨论的振动加工频率范围是１７．５００～４８ｋＨｚ，基本属于超声波的频率范围，所以称之为“超声振动加工”。由工业金刚石颗粒制成的铣刀、钻头或是砂轮，在加工过程中对零件表面进行高达２００００次／ｓ以上的连续敲击，即便是最硬的材料，在如此高频的振动敲击下，一个很小的切削力也可将其瓦解。当然，使用的进给力仍然是相对很大的。

超声振动的产生，得益于压电陶瓷的使用。这是一种非常特殊的材料，对这种材料进行压缩或拉伸会产生放电效应；反之，如果在这种材料的两端施加极性变化的电压，压电陶瓷也会相应地收缩和膨胀（图１）。利用这个原理，将压电陶瓷与高频信号发生器相连就可以得到１７．５００—４８ｋＨｚ的高频振动，其振幅为２～３＠器ＺＵＵ等磬

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¨ｍ。但是，此振幅是无法实现有效切削的，必须将其进一步放大。图２中的锥形杆就是用以放大振幅的工具，称之为“变幅杆”。经过变幅杆的放大作用，安装在变幅杆末端的刀具可以得到３～５０斗ｍ的振动幅度。在振幅的最大点，附着在刀具上的金刚石颗粒撞击到工件表面，使工件表面的材料以微小颗粒的形式分离出来。这样就实现了在脆硬材料上理想的切削效果。

图１超声振动的产生

２用于振动加工的刀具

刀具是超声振动加工的关键部件。与常见的超声研磨不同，不是在刀具和工

件之间添加研磨膏进行加

工，而是将研磨膏中的超硬

颗粒——人造金刚砂或其他

材料的超硬颗粒，直接嵌入

到刀具的内部和表层。刀具

是在高速旋转的情况下进行图２振幅放大工具—变幅杆

加工的。在振动的同时，刀

万方数据