王棟梁

摘 要 隨著經濟的發(fā)展和科技的進步，各個行業(yè)逐步實現產業(yè)升級，航空航天、精密電子儀器儀表、自動化設施對機械零件的加工精度和表面質量標準不斷提高。與此同時伴隨著我國化學合成工業(yè)的發(fā)展壯大，研發(fā)生產出各種硬度高、密度大等加工難度大的新型材料，高效加工技術成為企業(yè)產業(yè)升級技術壁壘。超聲振動加工技術可有效優(yōu)化加工過程，提高加工質量。本文主要研究超聲振動加工技術，闡述超聲振動加工在科研和企業(yè)生產中的應用。

關鍵詞 超聲振動 加工 應用

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A

1超聲振動加工的研究應用領域

1.1微細制造

超聲振動加工可用于微細制造，有效避免因加工深徑比大導致加工過程中切削溫度高、散熱不良、鉆頭易損壞、出屑不暢等一系列影響加工效率、質量問題。日本在超聲微細加工領域有一定實力，日本東京大學生產技術研究所已成功利用超聲加工技術在石英玻璃上加工出直徑最小可達5 m的微孔。日本京都工業(yè)大學經過反復實驗研究，制造出微細群孔，使用電極、孔、軸反復打磨創(chuàng)造研究新方向。我國北京航空航天大學姜鵬飛研發(fā)了一種新型深小孔軸向振動超聲加工系統(tǒng)，入鉆容易，定心精度提高，加工過程中不易產生“積食現象”，加工效率提高可提高3倍以上。德國西門子公司在微細制造領域實力雄厚，超聲系統(tǒng)設備設施齊全，超聲振動加工專利數量驚人。

1.2研磨拋光

在超聲作用下金屬絲可發(fā)生拉拔變形，實現截面縮減工藝。超聲振動加工技術運用到拉拔過程中，可有效降低拉拔力，確保加工效率和質量。采用超聲波加工技術可有效提高模具型腔面制造精度，確保生產模具質量。哈爾濱工業(yè)大學謝濤研究團隊主要研究超聲振動對金屬拉拔過程影響，在采用有限元法分別對傳統(tǒng)拉絲和超聲拉絲過程進行仿真之后， 根據 1/4 波長理論研究制造出一種超聲拉絲專用換能器，最終驗證了超聲振動可明顯降低金屬拉絲過程中的拉拔力，金屬絲變形均勻度有一定提高，表面質量也得到良好改善。格力集團將超聲振動加工技術應用到模具研磨拋光過程中，有效提高制造質量，保障工業(yè)4.0改革順利進行。

1.3難加工材料的超聲加工

硬度極高和脆性強的工程陶瓷以及工程塑料等材料，加工生產困難重重，海內外眾多專家和學家紛紛展開研究，普遍認為超聲振動加工技術研究前景廣闊。國內的張遼遠研究團隊立足于沈陽理工大學現有研究基礎，對電鍍金剛石線鋸超聲切割并加工脆硬性材料展開研究。蘇州大學的陳歡等人專門研究高精度超薄水晶片的超聲加工方法，對其他陶瓷材料延性域磨削研究起啟示作用。許慶順研究隊伍與企業(yè)合作組建實驗室，通過研究不銹鋼磨削試驗，以普通砂帶磨削作對照組實驗，實驗驗證得超聲振動精密砂帶磨削可實現工件加工無劃痕、粗糙值非常小、工件應力小、形狀保持完整、無熱損傷、磨削力極小，具有更高的經濟使用價值。

2超聲振動加工技術的研究方向

2.1超聲振動切削技術

超聲振動加工工藝優(yōu)勢明顯，切削過程中工件受力小、發(fā)熱低，工件表面質量好、精度高，殘留切削易處理，有效解決金屬材料、難加工材料以及表面質量要求高的材料。超聲振動加工技術被認為是機械加工行業(yè)重要發(fā)展方向。超聲振動技術解決了很多切削關鍵性技術難題，獲得良好反饋。超聲振動切削屬于脈沖切削，刀具和工件在切削的一個脈沖周期內實現接觸和分離，完成加工過程。脈沖切削力僅為普通切削十分之一到三分之一大小。周期性的切削過程使得切削液在工件與刀具分離時可充分進入切削區(qū)，切削液及時填充到刀具與工件之間，可減少刀具磨損，切屑不易堆積，工件表面更耐磨、防腐蝕。根據超聲振動理論研究，設計新型超聲振動系統(tǒng)，制造實用新型設備設施已成為超聲振動發(fā)展趨勢與研究方向。超聲橢圓振動切削、超聲銑削加工技術都已成為超聲振動切削技術的研究熱點。

2.2超聲復合加工技術

隨著我國經濟持續(xù)增長，我國化學工業(yè)水平不斷提高，涌現大量新型材料，其中一些材料加工難度高，即使使用超聲振動技術進行加工，加工效果也不理想。為解決新材料加工難題，使用超聲加工與傳統(tǒng)機械加工相結合形成復合加工技術，或者將材料經特種加工之后再使用超聲復合加工技術。復合加工技術綜合了超聲振動加工和傳統(tǒng)機械加工的優(yōu)點，加工效果勝過單一加工技術。超聲電解拋光加工、超聲鉆孔、超聲激光復合加工以及超聲振動磨削等復合加工技術憑借實用性強、加工效率高、耗能低的核心優(yōu)勢，成為機械制造加工領域的重要技術研究方向。

2.3綠色超聲振動加工技術

在中國制造2025戰(zhàn)略中，綠色制造是我國傳統(tǒng)制造業(yè)轉型升級時期的重要發(fā)展方向，制造型企業(yè)應深入貫徹執(zhí)行環(huán)境保護相關管理條例和法案，在關注企業(yè)經濟效益的同時，更要重視環(huán)境保護工作。目前機械加工領域普遍運用的大多數超聲振動切削技術會產生切削廢液造成環(huán)境污染，相關研究人員和研究機構已經開始研究環(huán)境友好加工方式，例如不使用切削液的干式切削以及使用惰性氣體作為切削介質的超聲振動電火花加工方式。在未來的制造業(yè)中，綠色制造將會成為核心指導思想。

3結語

國家經濟的蓬勃發(fā)展推動工業(yè)水平提升，新材料合成工業(yè)的進步又促進了機械加工技術的革新。為解決脆硬新材料加工問題，超聲振動加工方式應運而生。超聲振動加工方法在科學研究以及企業(yè)生產制造中廣泛應用。超聲振動加工技術以及超聲復合加工技術在微細制造以及模具腔面研磨拋光應用領域極具優(yōu)勢，綠色超聲振動加工技術是今后超聲加工技術的發(fā)展趨勢。

基金項目：甘肅省高等學?？蒲许椖浚?018A-130）。

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