六、超声加工

超声加工是利用工具端面做超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成形方法。加工原理如图6-8所示，加工时，在工具1和工件2之间加入液体（水或煤油等）和磨料混合的悬浮液3，并使工具以很小的力F 轻轻压在工件上。超声换能器6产生16 000Hz以上的超声频纵向振动，并借助于变幅杆可把振幅放大到0．05～0．1mm，驱动工具端面做超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断地撞击、抛磨被加工表面，把被加工表面的材料粉碎成很细的微粒，从工件上打击下来。虽然每次打击下来的材料很少，但由于每秒钟打击的次数多达16 000次以上，所以仍有一定的加工速度。与此同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频、交变的液压正负冲击波产生的“空化”作用，促使工作液钻入被加工材料的微裂纹处，加剧了机械破坏作用。所谓空化作用，是指当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液体内形成很多微空腔，当工具端面以很大的加速度接近工件表面时，空泡闭合，引起极强的液压冲击波，可以强化加工过程。此外，正负交变的液压冲击也使磨料悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝了的磨粒及时得到更新。

图6-8 超声加工原理图

1—工具；2—工件；3—磨料悬浮液；4，5—变幅杆；6—换能器；7—超声波发生器(https://www.daowen.com)

超声加工具有以下特点。

（1）适合于加工各种脆硬材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷（氧化铝、氮化硅等）、石英、锗、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。对于导电的硬质金属材料，如淬火钢、硬质合金等，也能进行加工，但加工生产率较低。

（2）由于工具可用较软的材料，做成较复杂的形状，故不需要使工具和工件做比较复杂的相对运动，因此超声加工机床的结构比较简单，只需一个方向轻压进给，操作和维修方便。

（3）由于去除加工材料是靠微小磨料瞬时局部的撞击作用，故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形及烧伤，表面粗糙度精度也较高，可达Ra1～0．1μm，加工精度可达0．01～0．02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度零件。