超聲波在金屬加工車(chē)削方面的應用

       超聲加工時(shí)，超聲波振動(dòng)系統是整套設備最核心的部分，設計復雜，主要為系統提供功率超聲振動(dòng)，使振幅和頻率達到標準要求。由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電振蕩施加于超聲換能器上，將高頻電振蕩轉換成超聲頻振動(dòng)。超聲振動(dòng)通過(guò)變幅桿放大振幅，并驅動(dòng)以一定靜壓力壓在工件表面上的工具產(chǎn)生相應頻率的振動(dòng)。工具端部通過(guò)磨料不斷地捶擊工件，使加工區的工件材料粉碎成很細的微粒，加工出與工具相應的形狀。

關(guān)鍵詞：超聲振動(dòng)，超聲車(chē)削，刀具

   一、項目簡(jiǎn)介

      本試驗方法將使用超聲振動(dòng)車(chē)削通過(guò)刀具上施加某種有規律的、可控的振動(dòng)，使車(chē)削速度、車(chē)削深度發(fā)生周期性的改變，從而獲得特殊車(chē)削效果的方法。使用超聲高頻振動(dòng)車(chē)削，可以提高被加工材料的可加工性，提高刀具壽命和工件加工質(zhì)量，同時(shí)加工后的材料也減少了淬火工藝，給企業(yè)提成了生產(chǎn)效率，降低了成本。

圖1超聲波加工示意圖

為了解決延長(cháng)刀具壽命和減少淬火工藝這一難題，蘇州xxxxx有限公司與我們公司共同合作了超聲波車(chē)削加工設備，該設備具有功率大，投資少、安裝簡(jiǎn)易、實(shí)驗效果穩定等特點(diǎn)。

   二、項目主要技術(shù)指標及特點(diǎn)

       與普通車(chē)削相比，采用軸向超聲振車(chē)削加工方式，超聲振幅越小，表面粗糙度的改善效果越明顯；當進(jìn)給量由5μｍ/ｒ增加到25μｍ/ｒ，超聲振動(dòng)車(chē)削的主切削力降低了17%-21%，表面粗糙度降低了21%-28%；隨著(zhù)切削速度的增大，超聲振動(dòng)車(chē)削的表面粗糙度和切削力先下降后上升，存在最佳切削速度范圍，表面粗糙度最多可降低29.9%，切削力最多可降低30.1%，刀具延長(cháng)壽命達12小時(shí)。

      超聲振動(dòng)車(chē)削的特點(diǎn)：

① 工件表面無(wú)撕裂與拉溝現象，表面粗糙度降低。

② 工具對工件的宏觀(guān)作用力小、熱影響小，因而可加工薄壁、窄縫和薄片工件。

③ 被加工材料的脆性越大越容易加工；材料越硬或強度、韌性越大則越難加工。

④ 由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度應比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料。

⑤ 可以與其他多種加工方法結合應用，如超聲振動(dòng)切削、超聲電火花加工和超聲電解加工等。 超聲加工主要用于各種硬脆材料,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(kāi)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。

⑥ 切削力大及溫度幅度降低，工件壽命大幅度提高。

⑦ 提高已加工表面的耐磨性、耐腐蝕性，使其使用壽命提高。

⑧ 延長(cháng)刀具壽命。

三、項目運行實(shí)施

      該項目已于2024年6月份在蘇州xxxxx有限公司進(jìn)行了試驗，同時(shí)也得到了蘇州xxxxx大學(xué)的支持。通過(guò)設定超聲波設備的最佳功率及現場(chǎng)設備運行的要求，對客戶(hù)實(shí)驗起到了很好的效果。

圖2超聲波輔助車(chē)削加工現場(chǎng)圖

  四、項目應用體會(huì )

       本設備采用杭州國彪超聲設備有限公司生產(chǎn)的智能數控超聲波GBS-UGX15A加工設備，通過(guò)系統集成設計達到用戶(hù)要求。本設備主要應用于實(shí)驗室、研究所和生產(chǎn)廠(chǎng)商，對材料的抗磨性能做測量，比較和評價(jià)。此系統具有自動(dòng)開(kāi)機頻率搜索，運行過(guò)程中自動(dòng)跟蹤頻率，功率可調整等，如果設備出現問(wèn)題可以及時(shí)斷電，避免對整體控制系統造成影響。整個(gè)設備操作方面，無(wú)需設備開(kāi)機前進(jìn)行設置，全自動(dòng)實(shí)現控制要求，系統穩定、可靠。