超聲波加工硬脆材料的研究

《超聲波加工硬脆材料的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、超聲波加工硬脆材料的研究超聲波加工硬脆材料的研究工程陶瓷具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)良性能，廣泛用于機(jī)械、電子、宇航、汽車、冶金、化工等行業(yè)。由于工程陶瓷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[1]。近年來小孔加工出現(xiàn)了一些特種加工方法，包括電火花加工、電子束加工、激光加工、超聲波加工等[3-5]。其中，超聲波能在各種硬脆材料上打小孔，特別適合在寶石、陶瓷、玻璃及各種半導(dǎo)體材料上加工小孔[5]。　　一、超聲波加工的機(jī)理　　超聲波加工是利用超聲頻振動的工具端面通過

2、磨料去加工材料的一種方法，當(dāng)工具為細(xì)絲或細(xì)管時就能加工出小孔。圖1為超聲波加工.L.的原理圖(1超聲波發(fā)生器、2換能器、3聚能器、4變幅桿、5磨料與磨料液、6工具、7工件)，加工時在工具和工件之間加入液體(水或煤油)和磨料混合的懸浮液，并使工具以一定的壓力P壓在工件上，超聲波換能器產(chǎn)生17~25kHz的超聲頻縱向振動，并借助于變幅桿把振幅放大到0.01~0.02mm驅(qū)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(xì)的微粒從材料上去除。同時工作液受工

3、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)，迅速破壞材料表面，此時材料表面就會留下所需要的形狀。超聲磨削加工的材料必須是脆性的，在脆性材料表面產(chǎn)生的應(yīng)力不會因塑料流動而分散，所以材料發(fā)生崩碎現(xiàn)象。反之，對于可延性材料，磨料有傾向于被吸收的趨勢，因而可能被去除的材料極微小?！　《⒊暡庸は到y(tǒng)　　超聲波加工的實驗裝置如圖2所示。在加工時，鋼針焊接、超聲波產(chǎn)生、打孔速度等均要控制恰當(dāng)，否則無法加工出質(zhì)量優(yōu)良的微孔。因此必須做好下面幾點：(1)焊接好鋼

4、針，焊接時可用助焊劑(油)，除油、除銹，不應(yīng)有空氣間隙，采用高強(qiáng)度焊錫，使用酒精燈或50~75m內(nèi)效果最佳，打深孔時為得到加工速度，先保持在35~40mm之間，在打一段后換長針可提高打孔速度和深度，換長針后應(yīng)注意調(diào)整調(diào)諧，否則易斷針或震裂焊接處；(6)打孔時應(yīng)掌握一個最佳靜壓力，用力太大或用力太輕都會影響加工速度?！　∪⒊暡ㄔ谟泊嗖牧现屑庸の⒖椎膶嶒灐　±贸暡庸ぱb置在工程陶瓷上進(jìn)行了微孔加工實驗，圖3是在陶瓷片上打出的一排微孔，陶瓷片厚度為2mm，　　小孔孔徑為0.2mm，加工出來的微孔形狀

5、規(guī)則、邊沿比較光滑。但在工具入口和出口端，工件材料會發(fā)生邊崩現(xiàn)象，尤其在出口處邊崩現(xiàn)象比較嚴(yán)重。入口崩邊是由于工具的進(jìn)給力和超生振動使材料產(chǎn)生環(huán)狀裂紋，工具的磨削作用使整個裂紋上端脫落；出口崩邊是由于陶瓷材料抗拉強(qiáng)度很低，進(jìn)給力和超聲沖擊力使其沿環(huán)狀裂紋方向發(fā)生斷裂?！　D4是利用超聲波打孔方法在玻璃片上打出的.L.小孔，玻璃片厚度為3mm，小孔孔徑為0.2mm。超聲波振動磨削加工，一個很難避免的問題是工具入口和出口端的工件材料會發(fā)生邊崩現(xiàn)象，尤其在出口處邊崩現(xiàn)象特別嚴(yán)重，入口崩邊之所以發(fā)生是由于：工

6、具的進(jìn)給力和超生振動使材料產(chǎn)生環(huán)狀裂紋，工具的磨削作用使整個裂紋上端脫落；出口崩邊的原因是由于玻璃材料抗拉強(qiáng)度很低，進(jìn)給力和超聲沖擊力使其沿環(huán)狀裂紋方向發(fā)生斷裂。下面將對這些問題進(jìn)行研究?！　嶒灲Y(jié)果表明：超聲波加工硬脆瓷材料時，材料去除率隨靜載荷、工具振幅、磨粒直徑的增加而增加；加工表面粗糙度隨工具振幅、磨粒直徑的增大而增加，隨靜壓力的增大而降低。　　[1]張祖軍,陳奎儒,劉繼光等.深小孔特種加工[J].機(jī)械工程與自動化,2006,6:20-22.　　[2]張云.電火花加工控制技術(shù)的新發(fā)展[J].機(jī)

7、電工程,1995,1:54-57.　　[3]李又生.深孔激光加工研究[J].激光技術(shù),1998,22(2):98-102.　　[4]宋宜梅,李少華,鐘慶華.電子束技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].廣西機(jī)械,2003,01:17-20.　　[5]王軍,萬珍平.基于玻璃小孔的超聲波加工實驗研究[J].機(jī)械制造,2009,47:61-63.