【正文】 echanical processing make research, through examples in this paper the grinding and wash cutprocessing, deep hole processing applications, and pared with the conventional processing methods.Moreover of ultrasonic machining in cleaning and testing the application of the application to make basic study.Key words: Ultrasonic machining, mechanical processing, other applications 目 錄第一章 緒論 1 1 超聲波的產(chǎn)生 1 1 超聲波加工技術的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 4 5 超聲振動加工 5 超聲復合加工 6 8 第二章 超聲波精密研磨 9 9 超聲波研磨的裝置 11 第三章 超聲波深小孔加工 13 13 16 17 超聲波加工深小孔的實際應用—對玻璃小孔的鉆削加工 18 18 18 18 18 19 第四章 超聲波銑削加工 20 超聲波銑削加工的原理與特點 20 超聲銑削機床 21 21 24 第五章 超聲波的其他應用 25 25 超聲波探傷的概念 25 超聲波探傷的原理 25 26 超聲波技術在探傷應用中的優(yōu)缺點 29 30 30 30 31 31 32 32 第六章 總結 33 致 謝 34 參考文獻 35 第一章 緒論超聲波加工包括超聲振動加工和超聲復合加工兩種方法這兩種超聲波加工方式在一些常規(guī)加工方式無法解決完成的時候它們能很容易的進行加工。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為20～20000Hz。超聲波是一種波動形式，它可以作為探測與負載信息的載體或媒介（如B超等用作診斷）；超聲波同時又是一種能量形式，當其強度超過一定值時，它就可以通過與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結構（用作治療）。超聲具有許多獨特的性質(zhì)和優(yōu)點，所以超聲學的發(fā)展很迅速，應用領域十分廣泛，并有廣闊的應用前景。幾十年來, 超聲加工(包括復合加工)的發(fā)展較為迅速，其工藝技術在深小孔加工、難加工材料加工方面有較廣泛的應用,尤其是在難加工材料領域解決了許多關鍵性的工藝問題, 取得了良好的效果。通過對超聲振動切削的動力學研究,得到了振動工具的非線性振幅特性曲線,并討論了超超聲震動加工的的優(yōu)越性和應用領域.長春汽車工業(yè)高等專科學校采用超聲振動切削方法對一汽變速箱廠生產(chǎn)的一種直齒齒輪的滾齒加工進行了工藝實驗,通過生產(chǎn)現(xiàn)場各種工藝參數(shù)實驗及小批量試生產(chǎn),收到令人滿意的效果,具有較好的發(fā)展前景。超聲復合加工，強化了原加工過程，使加工的速度明顯提高，加工質(zhì)量也得到不同程度的改善，實現(xiàn)了低耗高效的目標。隨著超聲學的發(fā)展，超聲技術也不斷的被應用于各領域，其中在聚合物成加工、農(nóng)產(chǎn)品加工、酒類釀造、化工、紡織品加工、機械加工等尤為突出。由于其加工機理和環(huán)境因素，要實現(xiàn)更高精度的加工十分困難。如果工藝參數(shù) 如超聲發(fā)生器的功率，磨料的硬度、粒度，磨液濃度，間隙等選擇恰當,則可使新生成的損傷層更薄、更均勻，從而獲得較佳的表面質(zhì)量，實現(xiàn)超精密加工,理想的狀況是獲得接近無損傷的表面。富集在材料表面的氣泡在瞬間爆裂，產(chǎn)生數(shù)百甚至數(shù)千個大氣壓的局部液壓沖擊波，與上述的耕犁效應協(xié)同作用，有效去除工件表面的突出體。超聲波換能器4 產(chǎn)生17～ 25kHz 的超聲頻縱向振動, ～ 驅動工具振動，迫使工作液中的磨粒以很高的速度和加速度不斷地撞擊、拋磨被加工表面，把加工區(qū)的材料粉碎成很細的微粒從材料上去除。采用滾珠絲杠傳動來實現(xiàn)三維運動，特點：傳動效率高（可達90%），起動力矩小，傳動靈活平穩(wěn)，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆運動效率相同，可實現(xiàn)逆?zhèn)鲃印Ｒ虼说毒叩闹谱骱透倪M需滿足以下條件：①金剛石刀具材料；②立方氮化硼刀具材料。工具的形狀和尺寸決定于工件表面的形狀和尺寸，兩者相差一個“加工間隙”(稍大于平均的磨粒直徑)。加工金剛石和寶石等超硬材料時必須用金剛石磨料；加工硬質(zhì)合金、淬火鋼等高硬脆性材料時，宜采用硬度較高的碳化硼磨料；加工硬度不高的脆硬材料時，可用碳化硅磨料?！?左右。由以上分析可以看出，超聲波銑削加工中也同時具有以下三種材料去除機理：1. 沖擊：隨著工具的旋轉，工具端面的磨料顆粒沖擊加工表面的不同地方；2. 磨蝕：工具的旋轉運動及工具的進給運動，使磨料顆粒在工件的表面刮擦出微小溝槽；3. 超聲波空化作用。工具端面相對于平衡位置做振幅為A，頻率為廠的正弦波運動，其運動方程為y(t)=Asin(2πft)，工具端面的磨料顆粒在工具的推動下做振幅一致的正弦運動。分層厚度對成型精度的影響很大，這種分層加工方式不可避免的會使型腔輪廓出現(xiàn)階梯效應，分層厚度越小，加工精度越高，但是會使加工效率降低。（1）管道焊縫的特點對于直徑不大，長度較長的焊縫，只能在管外單面焊接。(2)鑒定儀器的主要性能。對于初探所發(fā)現(xiàn)的缺陷，均要在探傷敏度下定量，長條形缺陷或根部缺陷要測長。超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。超波清洗機主要由超聲波清洗槽和超聲波發(fā)生器兩部分構成。 功率密度: 功率密度=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2),通?！?空化效果越強,清洗速度越快,高密度的清洗,容易造成清洗物件表面產(chǎn)生空化腐蝕。其次,、超聲波研磨對光纖連接器的加工、超聲波拋光對45鋼進行無磨料拋光的應用、超聲波加工技術對工件進行切削的應用以及超聲波加工技術對部件進行直線孔的鉆削的應用，使我對超聲波加工技術的應用有了初步的了解。這讓我學到了很東西。這次畢業(yè)設計雖然是對畢業(yè)生的一種能力測試，我認為這次畢業(yè)設計對每個畢業(yè)生來說是非常有必要的。 超聲波清洗方式超過一般的常規(guī)清洗方法，特別是工件的表面比較復雜象一些表面凹凸不平、有盲孔的機械零部件，一些特別小而對請潔度有較高要求的產(chǎn)品如：鐘表和精密機械的零件，電子元器件，電路板組件等，使用超聲波清洗都能達到很理想的效果。高頻的另一個優(yōu)勢在于減小了粘滯邊界層（泊努里效應），使得超聲波能夠39。在這種被稱之為“空化”效應的過程中，氣泡閉合可形成幾百度的高溫和超過1000個氣壓的瞬間高壓，連續(xù)不斷地產(chǎn)生瞬間高壓就象一連串小“爆炸”不斷地沖擊物件表面，使物件的表面及縫隙中的污垢迅速剝落，從而達到物件表面清洗凈化的目的。(4)一跨距點上出現(xiàn)反射波，只要有一側定位靠近探頭，也應判為缺陷。初探。的角度略微擺動探頭，以便發(fā)現(xiàn)各種形狀和方位的缺陷。因此,大剛度、高應力集中和含有缺陷的接管角焊縫就成了引起脆性斷裂和疲勞斷裂的起源。 那么，根據(jù)大連理工大學教授馮冬菊在《超聲波銑削加工材料去除率的理論模型》的研究，當振動頻率為f、工具轉速為n，整個工具端面下所有有效磨粒參與切削時的材料去除率為： （44）公式(44)中的二次積分比較復雜，需使用數(shù)值處理軟件進行積分。為了建立材料去除率模型，可以假設工件材料為理想的脆性材料，材料去除為脆性斷裂方式：所有磨料顆粒尺寸一致，在懸浮液中均勻分布，且在每一個超聲振動循環(huán)內(nèi)所有的磨粒都參與切割，超聲波振幅、頻率、工其直徑不變，不考慮加工過程中工具的損耗。同時，工具的進給運動也在工具、磨粒及工件接觸時作用較強，在未接觸時作用較弱?！９ぞ吣p量的大小，主要取決于工具材料、結構和工件材料。如果C=5106mm／s，頻率f=20 kHz，那么波長λ=c/f=5106/20103=250mm。通常，換能器和變幅桿的長度按半波長整數(shù)倍疊加。比電火花加工的精度高、表面粗糙度好。然而，由于工程陶瓷等難加工材料具有極高的硬度和脆性，其成形加工十分困難，特別是成形孔的加工尤為困難，嚴重阻礙了應用推廣。 超聲波研磨的裝置: 引入超聲波的機械復合研磨裝置 該裝置主要分為三大部分：研磨機系統(tǒng)、超聲振動系統(tǒng)和夾具及調(diào)節(jié)機構。彈性發(fā)射加工是可以得到很高的加工精度和低表面粗糙度的超精密加工方法。因此,在機械加工中廣泛應用超聲波,對于發(fā)展生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率均具有十分重要的意義。隨著科學技術的發(fā)展，人們開始探索對環(huán)境污染少甚至沒有污染的加工方法，研究新的工作介質(zhì)是解決這個問題的關鍵。但是。最早對振動切削進行比較系統(tǒng)的研究、可以成為振動切削理論應用的奠基人的是日本學者隈部淳一郎。 國內(nèi)在超聲治療領域起步稍晚，于20世紀50年代初才只有少數(shù)醫(yī)院開展超聲治療工作，從1950年首先在北京開始用800KHz頻率的超聲治療機治療多種疾病，至50年代開始逐步推廣，并有了國產(chǎn)儀器。70年代中期，美國在超聲鉆中心孔、光整加工、磨削、拉管和焊接等方面，己處于生產(chǎn)應用階段：超聲車削、鉆孔、鏜孔已處于試驗性生產(chǎn)設備原型階段；通用超聲振動切削系統(tǒng)已供工業(yè)應用，目前已形成部分標準。此空洞非常接近真空，它在超聲波壓強反向達到最大時破裂，由于破裂而產(chǎn)生的強烈沖擊將物體表面的污垢撞擊下來。再者對超聲波加工在清洗與探傷中的 應用做出基本的應用探究。當聲波的振動頻率大于20KHz或小于20Hz時，我們便聽不見了。 超聲波加工技術的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢　 超聲波加工技術的研究最早可追溯到1927年美國物理學家R．w．Wood和A1fred Loomis的奠基性工作，他們利用強烈的超聲振動在玻璃板進行雕刻和快速鉆孔，但當時并未應用在工業(yè)上。功率超聲是超聲學的一個分支，它主要研究大功率和高強度超聲的產(chǎn)生，強超聲在媒質(zhì)中的傳播規(guī)律，強超聲和物質(zhì)的相互作用，以及各種功率超聲技術和應用。將超聲能量通過聲學系統(tǒng)施加于工具，使其按一定的頻率和振幅作圓周方向的扭轉振動,形成脈沖力作用的分離型振動切削，消除了普通切削過程中的彈性擠壓振動, 使切削過程變?yōu)橛幸?guī)律的脈沖狀斷續(xù)切削,切削力可降為普通切削的IP3IP10，降低了切削溫度, 增加了系統(tǒng)剛度。北京航空航天大學和哈爾濱工業(yè)大學將超聲震動引入普通聚晶金剛石(PCD)的研磨加工，顯著地提高了研磨效率，并在分析PCD材料的微觀結構和去除機理的基礎上，對PCD超聲振動研磨機理進行了深入研究。 法國的研究人員系統(tǒng)地研究了超聲振動對電火花加工性能的影響。幾十年來，超聲波加工（包括復合加工）的發(fā)展都極位迅速，其工藝技術在深小孔加工、難加工材料加工方面都有廣泛應用，尤其是在難加工材料方面解決了許多工藝問題。因此，超精密研磨是實現(xiàn)納米級、原子級加工的主要方法。超聲研磨脆性材料和塑性材料的機理是有所不同的，脆性材料的加工主要是依賴于表面層微裂紋擴展、生成，而使材料脆裂、脫落。（） 交錯耕犁及空化效應示意圖第三章 超聲波深小孔加工眾所周知，在相同的要求及加工條件下，加工孔比加工軸要復雜得多。同時工作液受工具端面的超聲振動作用而產(chǎn)生的高頻變液壓沖擊波和空化作用，促使磨料懸浮液滲透到被加工材料的微裂縫內(nèi)，進一步提高了材料去除效果。預緊后剛度好，定位精度高（重復定位精度高）。根據(jù)加工材料光學玻璃硬度強，脆性較大的特性，本研究選擇聚晶金剛石(PCD)作為加工刀具的材料。當工件表面積較小或批量較少時，使工具和變幅桿成為一個整體，否則可將工具用焊接成螺紋聯(lián)結等方法固定在變幅桿下端。加工中選擇了4種不同粒度的碳化硅作為磨料，磨料與水的混合液作為工作液。在加工中，：1，％。因此，我們可將整個加工過程分為兩個階段考慮：當工具、磨粒、工件三者不接觸時，只考慮超聲波振動，忽略工具旋轉和進給運動的影響；當工具、磨粒、工件三者接觸后，考慮超聲波振動、工具旋轉和進給運動的綜合作用。 工具端面的振動狀態(tài)在實際超聲波加工中，工具頭自振幅最高點向下運動，在a時刻接觸到磨料顆粒，推動磨粒向下運動，在b時刻磨粒到達其最低位置，由于工件的阻力作用，磨粒能到達最大沖擊深度6處。最大分層厚度還受工件材料性質(zhì)等因素的制約，分層厚度過大在加工過程中也會使工具由于軸向承受的壓力過大而發(fā)生彎曲，致使