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难加工材料的高效加工——高束能超声波加工

发布者：herunjixie 发布时间：2020-12-25 14:04:40

随着人类社会和科学技术的不断发展，多学科的综合应用推动了行业的发展，机械加工制造行业更是如此。进入新世纪后，行业对机械加工提出了更高的要求，新型加工技术不断涌现，机械加工朝着信息化、智能化的方向发展。超声波加工是利用超声波特性进行加工的一种新型加工技术，具有更高的加工精度与效率。
超声波加工通过超声波智能控制系统，使超声波刀柄产生 16kHz-40kHz（超声波频率）的连续高强度脉冲冲击，带动磨头冲击工作，当工件的局部应力远远超过材料脆裂极限，材料局部破碎去除。通过冷却液循环流动，带走被粉碎下来的材料微粒，刀具逐渐深入材料中，使工件成型。
应用超声振动进行辅助钻削可有效降低钻削阻力和温度、促进排屑、提高刀具使用寿命，使加工后孔壁及出口表面质量大幅提高，实现普通钻削难以实现的硬脆材料钻孔加工，如金刚石、玻璃、陶瓷、碳化钨、钛合金等；特别是对于微小孔、深孔的加工，超声波辅助钻削可获得较传统钻削工艺无法实现的表面质量和加工效率。
应用超声振动进行辅助铣削，实现普通铣削难以实现的复合材料和硬脆材料加工，如金刚石、玻璃、陶瓷、碳化物、钛合金等，超声波辅助铣削可获得较高的表面质量，大幅降低切削力、提高加工效率、延长刀具寿命。
在传统车削加工中，对车削工具体上施加超声振动，切削刃在常规切削运动同时作高频微幅振动，实现切削刃口与被加工件高速分离与冲击切削，获得连续断屑和高表面质量的加工方法。超声波辅助车削可大幅降低切削力、切削热，提高加工效率，延长刀具寿命，获得更好的表面质量和加工精度，更适合硬脆材料、难加工材料如高温合金及低刚度细长杆的车削加工。
同等条件下，超声波加工表面粗糙度可提高一个数量级。对于加工硬脆材料，加工效率比传统加工提高3倍以上，刀具寿命提高100%。
由于超声加工去除加工材料是依靠磨料瞬时局部的冲击作用，故工具对加工材料的宏观切削力小，切削热小，不会引起变形及表面shaoshang，达到更好的光洁度和加工精度。也特别适合加工不能承受较大机械应力的薄壁、窄缝、低刚度的零件。
极限切削力是保证硬脆性材料超声磨钻工艺的首要条件，超声加工的加工方式和原理，相较于普通加工，能大幅减小对工件表面的切削力、切削热，以及刀具负荷，为玻璃、陶瓷、蓝宝石、碳化硅等硬脆性材料加工提供高效、高质的解决方案。
相较于微小孔普通加工方式的不易排屑、刀具强度低，超声加工频率高，可以每秒20000次以上的频次微量去除材料，减小刀具切削力，减少刀具损坏，保证加工效率，提升加工表面质量。
随着超声加工技术不断发展，目前超声系统可实现小型化、模块化设计，适用于不同类型加工机床，使用门槛低，可快速部署。
可与电火花加工、电解加工、切削加工、磨削加工等结合起来，形成复合加工。复合加工的方法能改善电加工或切削加工的条件，提升加工效率和质量。
从材料上看，超声加工在解决硬脆性材料加工难题上有较明显效果，目前主要应用于玻璃、陶瓷、蓝宝石、碳化硅等难加工硬脆性材料的打孔、开槽、批量小型零件去毛刺、模具表面抛光。广泛应用于 3C、航空、国防装备、汽车、5G新材料及新能源等行业。
随着新材料、难加工材料、难加工结构与表面对加工质量和需求的提高，超声加工将有更广阔的应用前景。

来源：禾润（济南）数控机床有限公司

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