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          什么是超聲波技術?
          時間:2019-02-20來源: 本站 字體:[ ]
          超聲波,頻率在16~16000Hz范圍內,人耳能感受。頻率超過16000Hz的就稱為超聲波。
            所謂超聲波加工(USM,UltrasonicMachining):是利用工具端面做超聲頻振動,通過磨料懸浮液加工脆性材料的一種成形加工方法。如圖所示。
            工具1的形狀和尺寸取決于被加工表面(工件-2)的形狀和尺寸,它們相差一個“加工間隙”。
            工具1與工件-2之間充滿磨料懸浮顆粒-3,磨粒一般采用碳化硅、氧化鋁。加工硬質合金用碳化硼,加工金剛石則用金剛石粉。粒度大小要根據加工生產率和精度要求選定。磨料硬度愈高,加工速度愈快。
           
            超聲波振動系統主要有超聲波發生器-7、換能器-6和變輻桿-4、5組成。超聲波發生器-7作用是把直流電轉換成與超聲波換能器-6相匹配的高頻交流電信號,驅動超聲波換能器工作,目前使用的功率為20-4000W。大功率超聲波電源從轉換效率方面考慮一般采用開關電源的電路形式,是超聲系統重要組成部分。
            超聲波換能器-6將高頻電能轉變為高頻率的機械振蕩(超聲波),分為壓電效應超聲波換能器與磁致伸縮效應超聲波換能器。對于前者,壓電效應的原理是,如果對壓電材料施加壓力,它便會產生電位差(稱之為正壓電效應),反之施加電壓,則產生機械應力(稱為逆壓電效應)。如果壓力是一種高頻振動,則產生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時,則產生高頻聲信號(機械振動),這就是我們平常所說的超聲波信號。石英晶體的壓電效應較弱,3000V才產生小于0.01um的變形。對于后者,由于磁致伸縮材料在磁場作用下,其長度發生變化,可發生位移而做功或在交變磁場作用可發生反復伸張與縮短,從而產生振動或聲波,這種材料可將電磁能(或電磁信息)轉換成機械能或聲能(或機械位移信息或聲信息),相反也可以將機械能(或機械位移與信息)。轉換成電磁能(或電磁信息),它是重要的能量與信息轉換功能材料。鎳棒的振幅一般也不超過0.005~0.01mm。超聲波加工需0.01~0.1mm的振幅,因此需要變輻桿4、5。
           
            變輻桿又稱振幅擴大棒,將振幅放大5~20倍,其形狀有以下三種形式,a)為圓錐形;b)指數曲線型;c)階梯形。截面的振動能量不變,截面小的地方能量密度大,能量密度正比于振幅的平方,若使變輻桿處于共振狀態,其振動將達到最大。
           
            工具和擴大棒,整體、焊接或螺紋聯結等。換能器、變輻桿、工具三者應銜接緊密。
            超聲波具有波長短、能量大,傳播過程中反射、折射、共振、損耗等現象顯著的特點。超聲波加工不僅能加工硬質合金、淬火鋼等硬脆金屬材料,而且更適合于不導電的非金屬材料(如半導體硅片、鍺片以及陶瓷、玻璃等)的精密加工和成形加工,如玻璃、石英、陶瓷、硅、鍺、鐵氧體、寶石和玉器等的打孔(包括圓孔、異形孔和彎曲孔等)、切割、開槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面拋光和砂輪修整等方面。
           
            超聲打孔的孔徑范圍是0.1~90毫米,加工深度可達100毫米以上,孔的精度可達0.02~0.05毫米。表面粗糙度在采用W40碳化硼磨料加工玻璃時可達1.25~O.63微米,加工硬質合金時可達0.63~0.32微米。

            超聲波還可以用于清洗、探傷和焊接等工作,在農業、國防、醫療等方面的用途十分廣泛。


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