超声波加工的范围是广泛的,目前主要应用在下列几个方面:超声钻孔、超声切削、超声研磨和抛光、超声金属塑性加工等。
超声波声加工所需的声能能量密度较大,约在102W/cm2以上,工作频率集中在15-60kHz之间,个别频率也可达1MHz。在早期主要用磁致伸缩换能器,具有较强的机械强度,但效率低,目前主要用螺栓夹紧的纵向压电振子。
超声波加工用的换能器位移振幅一般在10-100μm之间,振幅大,加工速度快。为了机械Q值 高,超声波振动波形应取等幅正弦波。在大功率超声波发生器中,为了使发生器的频率与振子频率
一致,常采用自激式振荡器或PLL (锁相环)等频率跟踪电路。同时在电路中必须采取轻负载时的过振幅破坏和重负载时的功率传递障碍的措施,从而无论负载如何变化,加工头大体上都能以恒定的振幅工作。
实验证明:一个工件受到直接的锤击作用,只能使工件表面产生损伤,实际上材料并没有被去除。只有依靠切变应力才能将材料去除,其方法之一是施加切向的应力。常用的方法是釆用粉状磨料来配合超声纵向振动的工具头。使用时,磨料将工件表面上的应力向四面分散。他们的切向成份对工件材料的去除起主要作用。另外,磨料悬浮液中的声空化效应对加工也有一定作用。这就是超声波加工原理。图4.1为超声加工原理图。它是由(1)超声波发生器、(2)换能器、(3)变幅杆、(4)工具头、(5)磨料、(6)工件、(7)容器、(8)泵、(9)磨料供给头、(10)工作台组成。图
4. 2为加工区之放大图。