什么是超声加工?

[拼音]：chaosheng jiagong

[外文]：ultrasonic machining

利用作超声频小振幅振动的工具，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。超声加工可用于穿孔、切割、焊接（见超声波焊）、套料和抛光。

1927年美国物理学家R.W.伍德和A.L.卢米斯最早作了超声加工试验，利用强烈的超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔，但当时并未应用在工业上。1951年，美国的A.S.科恩制成第一台实用的超声加工机。50年代中期，日本、苏联将超声加工与电加工（如电火花加工和电解加工等）、切削加工（如磨削和车削等）结合起来，开辟了复合加工的领域。这种复合加工的方法能改善电加工或金属切削加工的条件，提高加工效率和质量。1964年，英国又提出使用烧结或电镀金刚石工具的超声旋转加工的方法，克服了一般超声加工深孔时加工速度低和精度差的缺点。

由超声发生器产生的高频电振荡（频率一般为16～25千赫，焊接频率可更高）施加于超声换能器上（见图），将高频电振荡转换成超声频振动。超声振动通过变幅杆放大振幅（双振幅为20～80微米），并驱动以一定静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。工具端部通过磨料不断地捶击工件，使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒，为循环的磨料悬浮液带走，工具便逐渐进入到工件中，加工出与工具相应的形状。

超声加工的主要特点是：

（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，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件。

（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。

超声加工主要用于各种硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔（包括圆孔、异形孔和弯曲孔等）、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。超声打孔的孔径范围是0.1～90毫米，加工深度可达100毫米以上，孔的尺寸精度可达0.02～0.05毫米。表面粗糙度在采用 W40碳化硼磨料加工玻璃时可达Rα1.25～0.63微米，加工硬质合金时可达Rα0.63～0.32微米。

由电源（即超声发生器）、振动系统(包括超声换能器和变幅杆)和机床本体 3部分组成。超声发生器将50赫的交流电转换为超声频电功率输出，功率由数瓦至数千瓦，最大可达10千瓦。通常使用的超声换能器有磁致伸缩的和电致伸缩的两类。磁致伸缩换能器又有金属的和铁氧体的两种，金属的通常用于千瓦以上的大功率超声加工机；铁氧体的通常用于千瓦以下的小功率超声加工机。电致伸缩换能器用压电陶瓷制成，主要用于小功率超声加工机。变幅杆起着放大振幅和聚能的作用，按截面积变化规律有锥形、指数曲线形、悬链线形、阶梯形等。机床本体一般有立式和卧式两种类型，超声振动系统则相应地垂直放置和水平放置。