超聲旋轉加工

導讀：旋轉超聲加工已被大量實踐證明是加工硬脆材料的有效方法。

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     隨著生產發(fā)展和科學實驗的需要，很多工業(yè)部門，尤其是宇航、國防工業(yè)部要求產品向高精度、高速度、高溫、高壓、大功率、小型化等方向發(fā)展，所用的材料愈來愈難加工，如硬質合金、鈦合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬硬鋼、金剛石、寶石、石英以及鎢、硅等各種高硬度、高強度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工；工件形狀愈來愈復雜，精度、表面租糙度和某些特殊要求也愈來愈高。 然而,非金屬硬脆材料硬度高、脆性大、絕緣性好,若用傳統(tǒng)的加工方法,加工難度極其大,加工費用也相當昂貴,旋轉超聲加工已被大量實踐證明是加工硬脆材料的有效方法。

旋轉超聲加工的工作原理
      超音頻電振動通過超聲換能器和變幅桿傳遞給工具使工具作超音頻的機械振動，同時由旋轉裝置帶動做附加的旋轉運動，磨料懸浮液通過磨料泵送進入加工區(qū)，由于工具具有旋轉運動．磨料能比較容易地進入加工區(qū)，而且能較均勻地分布在工件被加工區(qū)域。因此，可以認為旋轉超聲加工的材料去除是以下３種過程綜臺作用的結果。
     1）沖擊作用。工具頭在垂直于加工表面的方向上作超聲振動，迫使磨料顆粒以很大的速度和加速度沖擊工件表面。
     2）磨蝕作用。工具的旋轉運動帶動磨粒做旋轉運動，類似于磨削過程，主要作用是使磨粒具有切向力作用，起到切削工件和清除工件表面各種碎屑的作用。
     3）空化作用。工具頭做高頻振動，使磨料懸浮液產生空化作用，加劇了磨粒對工件材料的沖擊破裂和去除。
旋轉超聲加工的特點及優(yōu)勢
     1) 超聲加工可以加工導電性和非導電性等各種硬脆性材料，如陶瓷、寶石、硅、金剛石、大理石等非金屬材料，也適用于加工低塑性和硬度高于40HRC 的金屬材料，如淬火鋼、硬質合金、鈦合金等。
     2)   由于工件材料主要依靠磨粒瞬時局部的沖擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，切削熱少，不會產生變形及燒傷而改變工件表面的化學/電性質，故加工精度和加工表面質量都比較好。與其它材料去除過程相比，超聲加工能達到更高精度和表面光潔度。在大多數超聲加工中，可以獲得的平均工件表面粗糙度是 0.50μm。使用合適的辦法，可以獲得 0.25μm的表面粗糙度。
     3)   超聲加工中，可用較軟的材料制作較復雜形狀的工具，且不需要工具與工件復雜的相對運動， 就可加工出各種復雜型腔和型面。 故機床結構簡單， 操作維修方便。  
     4) 旋轉超聲加工，采用固結磨粒的工具對加工工件進行高頻、斷續(xù)加工，是超聲加工和切、磨削加工的復合加工方式，比單純的超聲加工和切磨削加工更具有突出的優(yōu)勢。

    5)  更好地提高加工精度和工具壽命。在普通超聲加工中，需要持續(xù)將磨料漿注入到工具與工件之間的間隙，并且需要不斷地將工具與工件的間隙處的磨料漿排出，結果導致材料去除率低，當加工深度較大時，甚至導致加工停止。而且磨料漿流經加工表面時，對已加工表面進行磨拋，大大影響了加工精度。另外，磨料對工具也具有磨損作用，導致工具磨損加劇，進而難以保證加工精密。而旋轉超聲加工采用固結磨料工具進行加工，不再需要游離磨料懸浮液作為加工介質，同時工作液更容易在加工工具及加工表面之間流動，容易促進超聲空化效果的產生，而且能更好地對工具及加工表面冷卻，及時的帶走磨屑，因而較普通超聲加工大大提高型面加工的精度。  
     6) 更好地提高了已加工表面的耐磨性、耐腐蝕性。如超聲絎磨汽缸套內孔表面加工中，刀具以高頻、斷續(xù)加工的方式在加工表面上形成數以萬計的微型儲油凹坑，在缸套和活塞工作的時候起到潤滑和降低摩擦系數的作用，防止粘著和咬合的出現(xiàn)，有效延長缸套使用壽命。

    7)  大大地提高了生產效率。旋轉超聲加工的復合加工機理，更適宜于硬脆性材料的加工，其去除率可以達到普通切磨削的 6 到 10 倍，是普通超聲加工材料去除率的 10倍。
    8) 特別適用于難加工材料的深小孔加工，采用麻花鉆鉆削難加工材料深孔時，會出現(xiàn)很多問題，如切削液不易進入切削區(qū)、切削溫度高、刀刃迅速磨鈍、切削力大，鉆頭易折斷、排屑困難，需要經常退刀等，加工孔精度差，表明粗糙度大，刀具壽命短。 采用超聲旋轉鉆削加工， 超聲振動的作用使切屑與刀具、 工件間的摩擦阻力減弱，使切屑的排出流暢，不需要退刀排屑，易實現(xiàn)自動化；若振幅選擇合適，超聲旋轉加工的軸向力比普通切削力下降 30%左右，從而提高鉆頭壽命。可見，超聲旋轉加工是難加工材料深小孔加工的有效方法。