特種加工中的超聲波加工技術演講人：日期:目錄CONTENTS01超聲波加工技術概述02超聲波加工的工作原理03微細超聲波加工技術04超聲波加工設備與工具05超聲波加工的工藝參數(shù)與優(yōu)化06超聲波加工的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢01超聲波加工技術概述定義超聲波加工是利用超聲頻振動對工件進行加工的一種特種加工技術?；驹沓暡ㄔ谝后w中的空化作用、聲流和微射流等現(xiàn)象，對工件表面產生強烈沖擊和剝離作用，實現(xiàn)材料的去除和加工。定義與基本原理超聲波加工不受材料硬度的限制，特別適合于加工硬脆材料，如陶瓷、玻璃、石英等。超聲波加工可以實現(xiàn)微米級甚至納米級的加工精度，適用于精密加工領域。超聲波加工是一種非熱加工技術，不會對工件產生熱損傷和變形，保證了加工質量。超聲波加工可以加工各種復雜形狀和微小結構的工件，且易于實現(xiàn)自動化生產。超聲波加工的特點適用于硬脆材料加工精度高無熱損傷可加工復雜形狀應用領域與優(yōu)勢超聲波加工在半導體行業(yè)中廣泛應用于切割硅片、晶圓清洗、光刻膠去除等，具有高效、無污染、無損傷等優(yōu)點。半導體行業(yè)超聲波加工在珠寶加工業(yè)中用于雕刻、打孔、切割等，可以實現(xiàn)精細加工和獨特的設計效果。超聲波加工在航空航天領域中用于加工復合材料、陶瓷等難加工材料，可以提高加工效率和零件性能。珠寶加工業(yè)超聲波加工在醫(yī)療器械行業(yè)中用于制造手術刀、止血鉗等精密醫(yī)療器械，可以保證加工質量和精度。醫(yī)療器械行業(yè)01020403航空航天領域02超聲波加工的工作原理將電能轉換為高頻振動能，通過變幅桿傳遞給工具。超聲波發(fā)生器工具振動與磨粒沖擊振動幅度通常在幾微米到幾百微米之間，頻率在20kHz以上。振幅與頻率懸浮液中的磨粒在超聲波作用下撞擊工件表面，實現(xiàn)材料去除。磨粒作用磨粒的瞬時沖擊和超聲空化作用共同破壞工件表面。沖擊與空化材料去除機理（微切屑切削）切削力超聲波振動使磨粒獲得高頻切削力，實現(xiàn)材料微小切削。切削熱切削過程中產生的熱量被切削液迅速帶走，避免工件表面熱損傷。切削液作用切削液中的磨粒在超聲波作用下，對工件表面進行微細切削和研磨。切削效果實現(xiàn)高精度、低表面粗糙度的加工效果。能量轉換超聲波振動能量通過工具和磨粒傳遞給工件，實現(xiàn)材料去除。加工過程中的能量傳遞01能量分布能量主要集中在工具與工件接觸區(qū)域，避免對周圍材料的損傷。02能量損失能量在傳遞過程中會有損失，如振動衰減、熱傳導等。03能量效率通過優(yōu)化超聲波加工參數(shù)，提高能量傳遞效率和加工效率。0403微細超聲波加工技術定義微細加工是指利用物理、化學或機械等方法，對工件進行微小尺寸的加工和制造。需求微細加工技術廣泛應用于半導體、微機械、生物醫(yī)學、光學等領域，對于提高器件的性能、降低成本、減輕重量等具有重要意義。微細加工的定義與需求微細超聲波加工的關鍵技術超聲波振動系統(tǒng)通過高頻振動產生微米級振幅，實現(xiàn)微小尺寸的加工。02040301超聲波加工液選用適當?shù)募庸ひ海詼p小工具的磨損、提高加工效率。微小工具制備制備具有微米級精度的工具，如微鐐刀、微鉆頭等，以滿足微細加工的需求。加工過程的控制與優(yōu)化通過調整超聲波的頻率、振幅、加工時間等參數(shù)，實現(xiàn)對加工過程的精確控制。微細加工的應用案例半導體制造利用微細超聲波加工技術，可以實現(xiàn)半導體材料的切割、鉆孔、打標等加工，提高加工精度和效率。微機械零件制造生物醫(yī)學領域通過微細加工技術，可以制造出微小尺寸的機械零件，如微型齒輪、微型軸承等，應用于微型機械系統(tǒng)中。利用微細加工技術，可以制造出微米級的醫(yī)療器械和生物芯片，如微型手術刀、生物傳感器等，為生物醫(yī)學研究和應用提供了有力支持。12304超聲波加工設備與工具超聲波發(fā)生器與換能器超聲波發(fā)生器將電能轉化為高頻電信號的裝置，通常采用壓電陶瓷換能器或磁致伸縮換能器。換能器將高頻電信號轉換為機械振動，傳遞到工具頭上，實現(xiàn)加工過程。頻率與功率調節(jié)超聲波發(fā)生器可根據(jù)需要調節(jié)振動頻率和功率，以適應不同加工需求。冷卻與保護發(fā)生器與換能器需配備冷卻系統(tǒng)，避免過熱損壞。根據(jù)加工需求設計工具頭形狀和尺寸，常見形狀有錐形、圓柱形、球形等。工具頭材料需具有高硬度、耐磨性、抗疲勞性和良好的聲傳遞性能，常用材料包括鈦合金、鋁合金、陶瓷等。工具頭表面需進行拋光、噴砂等處理，以提高其表面粗糙度和親水性，增強磨料附著能力。根據(jù)加工需求，選擇縱向振動、扭轉振動或復合振動等不同振動模式。工具頭的設計與材料形狀與尺寸材料選擇表面處理振動模式磨料種類根據(jù)加工材料選擇合適磨料，如金剛石、碳化硅、氧化鋁等。磨料粒度根據(jù)加工精度和表面粗糙度要求選擇合適磨料粒度。懸浮液配置將磨料與懸浮液混合，形成均勻懸浮液，懸浮液需具有良好分散性、穩(wěn)定性和冷卻性能。磨料濃度磨料濃度對加工效率和表面質量有重要影響，需根據(jù)加工需求進行調整。磨料的選擇與懸浮液配置05超聲波加工的工藝參數(shù)與優(yōu)化振幅的影響振幅是超聲波加工的重要參數(shù)之一，它決定了超聲波的能量大小。振幅越大，則超聲波的能量越大，加工效率越高，但振幅過大也會導致加工精度降低和表面粗糙度增加。頻率的影響頻率也是超聲波加工的重要參數(shù)之一，它決定了超聲波的振動次數(shù)。頻率越高，則超聲波的振動次數(shù)越多，加工精度越高，但頻率過高也會導致加工效率降低和能量損失增加。振幅與頻率的影響磨粒的類型對超聲波加工的效果有重要影響。不同的磨粒具有不同的硬度和形狀，對材料的去除方式和加工效率產生不同的影響。磨粒類型磨粒的粒度也是影響超聲波加工效果的重要因素。粒度越細，加工精度越高，但加工效率也會相應降低；粒度越粗，加工效率越高，但加工精度會降低。磨粒粒度磨粒類型與粒度的影響在超聲波加工中，加工效率是一個重要的指標。為了提高加工效率，可以采用較大的振幅和適當?shù)念l率，同時選擇合適的磨粒類型和粒度。此外，還可以通過優(yōu)化加工參數(shù)和工藝方法，如采用連續(xù)加工、間斷加工等方式來提高加工效率。加工效率優(yōu)化在超聲波加工中，表面質量也是一個重要的指標。為了保證加工表面的質量，需要選擇合適的振幅、頻率和磨粒類型等參數(shù)，同時還需要對加工過程進行嚴格的控制和管理。例如，可以采用冷卻液循環(huán)、振動系統(tǒng)等措施來減少加工過程中的熱量和振動，從而獲得更好的表面質量。表面質量優(yōu)化加工效率與表面質量的優(yōu)化06超聲波加工的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢加工精度的提升精密控制超聲波加工需要更精確的振幅、頻率和振動模式控制，以實現(xiàn)納米級加工精度。振動系統(tǒng)優(yōu)化優(yōu)化超聲波振動系統(tǒng)，減少振動損耗，提高振動傳遞效率。監(jiān)測與反饋實時監(jiān)測加工過程，通過反饋系統(tǒng)調整加工參數(shù)，確保加工精度。加工深度受限超聲波加工難以加工深度較大的工件，因為隨著深度增加，振動衰減嚴重。復雜形狀加工的局限性加工形狀限制復雜形狀工件難以通過超聲波加工實現(xiàn)精確加工，尤其是存在內腔、窄縫等結構時。加工效率在加工復雜形狀工件時，超聲波加工的效率可能較低，難以滿足大批量生產需求。新材