【正文】 [77, 79,87]認(rèn)為MRR∝ξ，也有部分人認(rèn)為頻率和靜負(fù)載恒定時 MMR∝ξ2。圖 [13, 16, 28, 40, 74]3 材料去除原理Shaw[35]，Miller [79], Cook [80], Rozenberget al.[7] and others [22, 23, 43, 60]已經(jīng)對材料去除原理做了大量的工作，這些原理在圖 6 中有詳細(xì)敘述，其包含了：比較有代表性的靜負(fù)載值約為 ，鉆直徑小于 的小孔時的力要特別注意，在太高的負(fù)載下有可能導(dǎo)致刀具彎曲。刀具可以通過敢接或釬焊，螺紋/錐度配合連接到變幅桿，另外，實(shí)際刀具的結(jié)構(gòu)可以被加工在變幅桿的末端[14, 27, 35, 66, 70, 71]，螺紋接頭由于換刀的快速和易用被照例使用，然而，還是存在些問題，例如自松動，聲功率損耗，疲勞失效等[72]。對每種變幅桿材料 [65]來說，其最佳調(diào)諧都是不同的，因此需要控制高機(jī)械 Q 值、良好的焊接和釬焊性、良好的聲傳輸特性、在高工作振幅下的高抗疲勞特性，并且也應(yīng)耐腐蝕和有足夠高的強(qiáng)度來附加螺紋附件，蒙乃爾銅鎳合金，鈦 64(IMI 318)，AISI304 不銹鋼，鋁和鋁青銅合金是常用的材料[1, 4, 20, 40, 64–67]。壓電傳感器有更高的能量效率（約等于90~96%），因此不需要任何冷卻[18,28, 59]。換能器的振動在縱向或壓縮模式。2 超聲加工刀具的基本原理 超聲發(fā)生器 generator）和超聲換能器（Transducers）傳統(tǒng)的發(fā)生器系統(tǒng)中，裝配了變幅桿（horn）和刀具，通過機(jī)械調(diào)整其規(guī)模達(dá)到共振調(diào)諧，然而，最近共振發(fā)生器已實(shí)現(xiàn)其功能，它可自動調(diào)整輸出高頻率去匹配變幅桿/刀具組件的精確諧振頻率[6]。該方法可產(chǎn)生很少甚至沒有表面/亞表面損傷或施加特定的壓力機(jī)制。所有傳統(tǒng)的切削操作，如車削或磨削都或多或少的會導(dǎo)致某些類型的表面損傷[24, 48, 56]。不幸的是，這兩個加工過程都依賴于工件材料是導(dǎo)電的。它們?yōu)槠囬y和氣缸套提供了許多比金屬的更優(yōu)越的性能[14，15]，并且其良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高耐熱性提高了燃?xì)鉁u輪機(jī)應(yīng)用中獲得更大的熱效率的可能性[30，53，54]。 超聲波加工技術(shù)應(yīng)用于仿形加工很多超聲波加工涉及一些用簡單或者復(fù)合的工具軸向穿透橫截面進(jìn)入工件的鉆削，用于得到合乎要求的通孔和盲孔，三維的孔也需要（就是一個面上有不同深度的孔），一個類同于開模的加工過程通常包括[7, 10, 27, 37, 43, 46–48]，如圖 2 ，使用這種石墨電極技術(shù)的放電機(jī)能夠在 30 分鐘內(nèi)成型零件，而不是用仿形銑削花 20 小時完成它[2, 4,49, 50]，使用復(fù)合刀具的問題在于它受加工面上相同加工效率和磨耗率，這些都會影響產(chǎn)品的成型，另外有一個更大問題，就是怎樣跟傳統(tǒng)刀具相比最大幅度地發(fā)揮復(fù)合刀具的性能。超聲波輔助常規(guī)/非常規(guī)加工 [16, 18, 20, 26, 34, 36]。刀具啟動同時開始旋轉(zhuǎn)，這樣可以將圓柱度降低至傳統(tǒng)超聲波加工所達(dá)到的值的 1/3[41]，典型回轉(zhuǎn)速度約為 300rpm，但若使用金剛石鑲嵌刀具，回轉(zhuǎn)速度可高達(dá) 5000rpm。一個受控靜負(fù)載被施加于刀具和磨料懸浮液（由研磨材料的混合物組成、例如碳化硅，碳化硼等等，懸浮在水或油中）被泵傳送到切削區(qū)域，刀具的振動導(dǎo)致磨料顆粒懸浮在刀具和工件表面間，通過微型片沖擊工件表面從而去除材料[19]。超聲波加工的歷史可以追溯到 1927 年，R. W. Wood 和 A. L. Loomis 發(fā)表的論文，1945年。Review on ultrasonic machining學(xué) 院：＿ 機(jī)械工程學(xué)院＿＿＿＿ 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化＿班 級：＿＿＿＿＿＿＿ 學(xué) 號：＿＿＿＿＿＿＿ 學(xué)生姓名：＿ ＿＿＿＿＿＿＿指導(dǎo)教師：＿＿＿＿＿＿＿＿2016年 6 月 2 日41 / 41超聲波加工綜述T. B. THOE, and M. L. H. WISE摘要超聲波加工適合切削不導(dǎo)電、脆性材料，例如工程陶瓷。與其他非傳統(tǒng)加工，如激光束、電火花加工等不同，超聲波加工不會導(dǎo)致工件表面熱損傷或顯著的殘余應(yīng)力，這對脆性材料尤其重要。有關(guān)于超聲波的第一項(xiàng)專利給了 L. Balamuth，現(xiàn)在超聲波加工已經(jīng)分化很多領(lǐng)域，超聲波鉆削、超聲波切削、超聲波尺寸加工、超聲波研磨技術(shù)和懸浮液鉆孔法，然而，在 20世紀(jì) 50 年代初只普遍知道超聲波沖磨或 USM[8,25, 28, 30, 31]。圖 1 展示了設(shè)置 USM 使用磁致伸縮或壓電換能器釬焊和螺紋加工。相對于傳統(tǒng)的車削加工，超聲輔助車學(xué)加工聲稱可減少加工時間、工件的殘余應(yīng)力和加工硬化，提高工件表面質(zhì)量和刀具壽命[12, 36, 42, 45]。圖 1 USM 上端基本組成部分圖 2 利用 USM 進(jìn)行氮化硅渦輪葉片鉆孔 一種替代的方法是使用一種簡單的“筆狀”刀具和使用數(shù)控程序仿形，見圖 3。燒結(jié)氧化鋁，碳化硅和氮化硅產(chǎn)品一般有大于 1500 HV 的硬度，因此通常金剛石磨削是唯一可行/經(jīng)濟(jì)的加工零件至最終成形的方法，雖然這在加工包括圓柱形元件，平板和彎曲表面零件時是理想可行且易于接受的，但是當(dāng)被加工表面具有更復(fù)雜的形狀或者其工作特性要求有特定的工件表面完整性時就會出現(xiàn)問題。在 EDM 中，工件需要具有小于 100 的Ωcm 的電阻率[16, 26, 33, 55]。非傳統(tǒng)加工過程也是如此，例如 EDM 或激光加工（LBM）所依賴的熱切削機(jī)制。尺寸精度可達(dá)177。它們可以也適應(yīng)裝配和刀具磨損的任何微小錯誤，給出最小聲波能量損耗和非常小的發(fā)熱性[33]。在工業(yè)中的應(yīng)用，不論磁致伸縮 [12, 26, 40, 57]或是壓電裝置 [35, 39]都會使用，是因?yàn)樗牡?Q 值（Q 是一個能量峰值銳度的度量），磁致伸縮換能器允許振動通過很寬的頻率傳輸帶傳輸（例如，20KHz 的發(fā)生器為 1723KHz）[58].它也允許變幅桿有更大的設(shè)計(jì)靈活性并且可以適應(yīng)刀具磨損。它不易產(chǎn)生熱損傷，并且更容易適應(yīng)旋轉(zhuǎn)操作[61]并且更容易安裝。該刀具的設(shè)計(jì)應(yīng)該能提供在給定頻率的波腹內(nèi)的最大振幅[61]，所使用的材料應(yīng)具有高耐磨性、電阻性，較好的彈性，抗疲勞強(qiáng)度并且有該應(yīng)用下最佳的強(qiáng)度和硬度 [16, 27, 64]。但使用開孔刀具進(jìn)行深孔鉆時，通過變幅桿和刀具的中心進(jìn)給磨料的能力是一個很大的優(yōu)勢，可以因此減少側(cè)向摩擦力[27]。圖 [69]懸浮液通常是在刀具表面由泵噴射出，吸出，或二者相結(jié)合，正如圖 5 中所示[13, 16, 28,40, 74]。直接錘擊工件表面的研磨顆粒所導(dǎo)致的機(jī)械磨損[10, 28, 34, 35, 37, 40, 50, 60, 70, 81]。來自研磨懸浮液的氣穴現(xiàn)象效果通常的，當(dāng)?shù)毒哒駝拥姆仍黾訒r MRR 增加（其他變量不變）[40, 77]，盡管如此，還是存在一個使 MRR 降低的振幅水平，如圖 7 所示。圖 7 振幅和穿透速度的影響磨料硬度應(yīng)該比工件材料高，通常，更大的磨料尺寸[2, 5, 19, 27, 35, 70, 93]和更高的懸浮液濃度[3, 13, 23, 28, 59,66, 81]可以達(dá)到更高的 MRR，增加磨粒尺寸或懸浮液濃度，可以達(dá)到最佳 MRR 值，其他方面的提高都難以使更大的磨粒到達(dá)切割區(qū)域 [5, 7, 10, 40, 60, 87]或使 MRR 下降，懸浮液濃度建議為 30% [1, 13, 27, 59, 77, 87, 94]，Kazantsev [74]宣稱無需提高磨粒尺寸或機(jī)器功率，懸浮液的強(qiáng)制輸送提高了 USM 的輸出。根據(jù)已有的報告顯示，切削率跟刀具的形式和形狀系數(shù)（刀具的周長和面積之比）成正比[16, 60, 77, 79]。刀具材料的硬度影響 MRR，刀具的磨損率，工件的精度等[41]。4 刀具磨損刀具磨損是超聲波加工的一個重要變量，既影響材料去除率和孔的精度[38, 28, 87, 94,98]，在超聲波加工中，復(fù)合刀具的磨損圖案可分為縱向磨損 WL [71, 87, 94], 橫向，側(cè)向，徑向磨損 WD [99], 有些會出現(xiàn)氣蝕和吸入磨損現(xiàn)象[38, 71, 75, 100]。為了降低 WL，H,和沖擊力，像一些具有高價值的硬性材料如 Nimonic 80A)，它的推薦參數(shù)如圖 13 所示，H 和 not Ki 顯著影響著 WD[97]，要對所有刀具材料全面地評估 WD 和WL,建議使用 Nimonic 80A，釷鎢，銀鋼[3, 97]。提高表面光潔度的方法上面已介紹[16, 23, 27,86, 87]，Koval’chenko[5]和 Kennedy[16]指出在孔底面加工一個平面是非常困難，因?yàn)樵诩庸て矫嫔蠎腋∫悍植疾痪鶆?，?dǎo)致刀具中心的有效磨粒減少，尤其是工件是硬陶瓷，稍好的表面光潔度可以用硬度和粗糙度較低的材料獲得[2]?？梢酝ㄟ^碳化鎢和不銹鋼[73]，作為刀具材料，內(nèi)部懸浮液循環(huán)[23, 73, 86]，負(fù)前角，細(xì)磨料[16, 23，27, 40, 87]來減少錐度，增加刀具的震動幅度和使用粗磨粒能提高進(jìn)入工件的穿透力，Kremer[23]等人發(fā)現(xiàn)超聲波產(chǎn)生的石墨的原因是由于氣穴現(xiàn)象面，污染影響了表面光潔度引起的。然而，在助力器變幅桿，任何降低的情況下在長度必須做到使兩端減小同樣維持其正確共振。變幅桿的振動限制了直徑小于 100 的小形狀切削過程[53]，通常長度超過 2–3 mm 的刀具會降低大約 –1 kHz 的諧振頻率，但是當(dāng)鉆孔很深，這個孔的效率損失會被刀具自身產(chǎn)生的共鳴所克服，一般推薦的刀具長度與直徑之比應(yīng)小于 20 比 1[12] ，但是如果刀具的長度超過 10mm，那么變幅桿的重量應(yīng)與刀具重要相同[11]，刀具設(shè)計(jì)的詳細(xì)指導(dǎo)由Rozenberg 等人完成。它也可以適應(yīng)裝配和刀具磨損的任何微小錯誤，給出最小聲波能量損耗和非常小的發(fā)熱性。，良好的彈性和抗疲勞強(qiáng)度特性，并具有該應(yīng)用下最佳的韌性和硬度。并且通常較大的磨粒尺寸和更高的懸浮液濃度產(chǎn)生更高的MRR。PII: S0890–6955(97)000369REVIEW ON ULTRASONIC MACHININGT. B. THOE,? D. K. ASPINWALL??167。contour machining。1,2,5and a hardness above 40 HRC9,12, . inorganic glasses, silicon nitride, nickel/titanium alloys, etc.16,20,and8and29. USM has been variously termed ultrasonic drilling。25,1,and16,33[35]and can reach 4Fig. 136,and16,3442,45.?There are also nonmachining ultrasonic applications such as cleaning, plastic/metal welding, chemical processing, coating and metal forming.. Contour machining using ultrasonic techniquesMany USM applications are involved in drilling where a tool of either simple or plex cross section penetrates axially into the workpiece, to produce either a through or blind hole of the required dimensions. Where a three dimensional cavity is required (. one in which the depth varies), a process analogous to die sinking is generally employed37,48, see49Silicon nitride turbine blade countersunk using USMand[7].. Ultrasonic machining of ceramic materialsAdvanced ceramics are increasingly being used for applications in the aerospace, automotive and electronics sectors of industry. They offer a number of advantages over metals for automotive valves and cylinder sleeves30,Hv and therefore diamond grinding is usually the only feasible/economic method of machining ponents to final shape. While this may be acceptable and perfectly feasible with ponents that prise cylindrical, flat and curved surfaces, problems can arise where the surface to be machined has a more plex topography or where inservice operating characteristics dictate a particular workpiec