【正文】 磨粒能得到更低的表面粗糙度[40]?？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(dòng)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。Shaw [35]和其他研究者[3,23,40, 73, 83]研究表明通過降低磨粒大小，并抑制刀具的橫向震動(dòng)能增加靜態(tài)載荷，從而減少了表面粗糙度，因此也能提高圓柱度和錐度，如圖 15 所示，Adithan [73]等人發(fā)現(xiàn)得到的矩形孔的精度明顯比用鉆得到的高，如圖 16 表明具有高楊氏模量的材料更容易受非圓柱度影響。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(gè)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]。5 超聲波加工對工件表面光潔度和粗糙度的影響超聲波加工不會明顯的發(fā)熱，這樣可以避免局部發(fā)生熱損傷和殘余應(yīng)力，磨粒粒度大小會顯著影響工件精度和工件表面粗糙度[4, 23, 26, 36, 40, 73, 82, 94]，在超聲波加工中，降低粒度的大小能得到較低的表面粗糙度如圖 14 所示，加工孔的精度也會提高，孔的底部的精度會比孔內(nèi)壁高[2, 5, 7, 60, 86, 102]。為了降低 WL，H,和沖擊力，像一些具有高價(jià)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]。硬質(zhì)磨粒如碳化硼和軟質(zhì)材料如碳化硅相比，前者會導(dǎo)致更加嚴(yán)重的刀具磨損，刀具磨損也會受工件的硬度影響，也會被工件的韌性影響，那種性能變得堅(jiān)韌的陶瓷不太合適用超聲波加工，它會導(dǎo)致很高的刀具磨損量，它比常規(guī)陶瓷需要更高的加工速率[6, 101]。4 刀具磨損刀具磨損是超聲波加工的一個(gè)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]。圖 8 在不同截面下靜負(fù)載和穿透速度的對比圖9影響陶瓷斷裂韌度的USM MRR和相對磨損（55）圖10 不同材料在USM amp。刀具材料的硬度影響 MRR，刀具的磨損率，工件的精度等[41]。對于較小截面積的刀具而言，如何在靜載荷下調(diào)整出最佳加工狀態(tài)變得非常重要，這會使得在相同條件下，切削率會更好（見圖 8）。根據(jù)已有的報(bào)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]。就 MRR 而言，水的性能通常優(yōu)于其他油類如苯和甘油水溶液，Pentland 等地和其他國家發(fā)現(xiàn)提高懸浮液循環(huán)，氣穴現(xiàn)象，污染物和堵塞效應(yīng)能被減少甚至克服。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。在更高的頻率（直到 5kHz），頻率和 MRR 被發(fā)現(xiàn)存在線性關(guān)系，超過一個(gè)上限值后，MRR 迅速下降，Rozenberg 等人[7]和 Kainth 等人[22]認(rèn)為，在實(shí)際操作中，其他參數(shù)不變，靜態(tài)負(fù)載從零增加，MRR 和靜態(tài)負(fù)載存在近似線性關(guān)系。通常的，當(dāng)?shù)毒哒駝?dòng)的幅度增加時(shí) MRR 增加（其他變量不變）[40, 77]，盡管如此，還是存在一個(gè)使 MRR 降低的振幅水平，如圖 7 所示。多孔材料如石墨與硬化鋼和陶瓷相反，對于材料去除來說，氣蝕具有重大的貢獻(xiàn)[10, 23,28, 35, 37, 81]，Markov [21]等人[27, 35]認(rèn)為氣蝕和化學(xué)效應(yīng)是第二大重要性，多數(shù)工件材料作用本質(zhì)上是削弱工件表面，協(xié)助磨料循環(huán)利用和排除碎屑，在 RUM 中，Komaraiahetal.[83] 和 Enomoto [84] 發(fā)現(xiàn)在脆性材料中赫茲裂縫的形成所要求的靜負(fù)載要小于滑動(dòng)縮進(jìn)。來自研磨懸浮液的氣穴現(xiàn)象效果沖擊自由移動(dòng)研磨顆粒所產(chǎn)生的微小碎屑[28, 35, 37, 50, 70,81, 82]。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]。最普通的磨料材料常用氧化鋁，碳化硅，碳化硼，等等[4, 12, 24, 27, 37, 75–78]，磨料輸送媒介應(yīng)控制低粘度并且接近磨料密度，良好的濕潤性，較好和較高的熱導(dǎo)率，高效的高溫冷卻性，親水性，盡量滿足這些要求[3, 26, 28]。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]。施加的力必須仔細(xì)選擇，因?yàn)槿粼O(shè)置太低就無法達(dá)到最大的切削速度，若設(shè)置太高則會導(dǎo)致刀具和磨料之間的干擾[3, 70]。但使用開孔刀具進(jìn)行深孔鉆時(shí)，通過變幅桿和刀具的中心進(jìn)給磨料的能力是一個(gè)很大的優(yōu)勢，可以因此減少側(cè)向摩擦力[27]。多晶金剛石（PCD）近來被用于加工非常堅(jiān)硬的工件材料，例如熱等靜壓氮化硅[68]。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]。換能器表面的振幅過?。ǎ┒鵁o法達(dá)到合適的切削率，因此，變幅桿可作為放大設(shè)備。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。磁致伸縮換能器主要的缺點(diǎn)是其高電力損失（例如電渦流損失）和低能量效率（約等于 55%）[40]，這些損失以熱的形式出現(xiàn)，換能器必須空冷/水冷而且換能器的體積龐大笨重，而且，相比于壓電型，該換能器不適于產(chǎn)生高強(qiáng)度振動(dòng) [59, 60]，典型的壓電換能器 [26, 42, 53, 61]由兩盤鋯鈦酸鉛或其他合成陶瓷組成[62]，其厚度通常不到超聲波換能器總長的 10%[63]。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(gè)能量峰值銳度的度量），磁致伸縮換能器允許振動(dòng)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。有些超聲發(fā)生器的設(shè)計(jì)帶有安全特性，如在變幅桿斷裂，變幅桿/刀具接頭故障等[17，31，33]情況的自動(dòng)開關(guān)。它們可以也適應(yīng)裝配和刀具磨損的任何微小錯(cuò)誤，給出最小聲波能量損耗和非常小的發(fā)熱性[33]。對石墨，碳化硅和一系列陶瓷材料的 USM數(shù)據(jù)來由 Gilmore[6]，Kremer[33]總結(jié)于表 1 中。尺寸精度可達(dá)177。與此相反，超聲波加工（USM）是一種不依賴于導(dǎo)電工件并且適合于陶瓷材料加工的非熱過程。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。加工過程中應(yīng)盡可能減少最終成型表面/亞表面的損傷。在 EDM 中，工件需要具有小于 100 的Ωcm 的電阻率[16, 26, 33, 55]。相當(dāng)多數(shù)量的金屬依靠于大量使用非傳統(tǒng)加工，例如電化學(xué)加工（ECM）和 EDM，前者被廣泛用于生產(chǎn)翼型型材，后者則用于葉片冷卻孔的加工。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(shí)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(shí)就會出現(xiàn)問題。 圖 3 利用 USM 加工碳纖維復(fù)合材料的加速桿、孔和外輪廓 超聲波加工陶瓷材料高性能陶瓷越來越多地被用于航空航天，工業(yè)和汽車電子行業(yè)的應(yīng)用。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。非加工超聲波應(yīng)用，例如清潔、塑料/金屬焊接、化學(xué)制品加工、涂層和金屬成形。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(shí)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]。旋轉(zhuǎn)超聲波加工。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。這導(dǎo)致刀具沿著其縱向軸線以振幅 050μm 高頻率振動(dòng)（通?！?0KHz）[16, 33, 34]，典型額定功率范圍從50～3000W[35]不等，在某些機(jī)器上可以達(dá)到 4kw。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]。1 概述超聲波加工及其應(yīng)用超聲波加工是一種非傳統(tǒng)機(jī)械切削技術(shù)，通常與低材料去除率有關(guān)，它并不被加工材料的導(dǎo)電率和化學(xué)特性所限制，它用于加工金屬和非金屬材料，非常適合于脆性大，硬度高于40HRC[6–12]的材料，比如無機(jī)玻璃、硅片、鎳、鈦合金等等 [13–24]，有了它，76um 的小孔也能加工，但是被加工的孔深度與直徑之比限制在 3 比 1 之內(nèi) [8, 12]。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。本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）外文文獻(xiàn)翻譯設(shè)計(jì)題目： 數(shù)控雕刻機(jī)總體設(shè)計(jì)譯文題目：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(dòng)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。超聲波加工的基本原理，包括材料去除原理，各類操作參數(shù)對材料切除率、刀具磨損、工件精確度要求都有敘述，并著重表述了在加工工程陶瓷上的應(yīng)用，制造復(fù)雜的三維立體陶瓷的問題也在敘述當(dāng)中。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。在超聲波加工中，高頻率的電能通過換能器/增幅器被轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)，之后通過一個(gè)能量集中裝置被傳送出去, 例如變幅桿/刀具組件[1, 17, 18, 30, 32]。一個(gè)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(dòng)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]。基本的結(jié)構(gòu)變更包括：刀具啟動(dòng)同時(shí)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。超聲波加工結(jié)合電火花加工[16, 18, 20, 26, 34, 36]。超聲波輔助常規(guī)/非常規(guī)加工 [16, 18, 20, 26, 34, 36]。 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(gè)面上有不同深度的孔），一個(gè)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(shí)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(gè)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。最近，使用這種技術(shù)的可行性已經(jīng)引起關(guān)注并且已被一些國家研究，包括英國、法國、瑞士、日本等等[26, 52]，一些 CNC 控制回路的旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)已在市面上有售，比如來自 ExtrudeHone Limited (法國）的 SoneX 300，來自 Erosonic AG (瑞士)的 he Erosonic US400/US800。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]。大多數(shù)工程陶瓷是電絕緣體，盡管這可能是其功能上的優(yōu)點(diǎn)，但在加工部分零件如陶瓷或陶瓷涂層渦輪機(jī)葉片時(shí)就成了一個(gè)顯著的缺點(diǎn)。不幸的是，這兩個(gè)加工過程都依賴于工件材料是導(dǎo)電的。對于加工過程中高應(yīng)力集中的安全規(guī)定部件如渦輪葉片，其工件表面完整性是一個(gè)關(guān)鍵的特性，因此這類零件會特別使用陶瓷或陶瓷涂層。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