中國(guó)粉體網(wǎng)訊 頻率高于20KHz的聲波被稱為超聲波。超聲加工就是利用超聲振動(dòng)，將高頻振動(dòng)能量附加到機(jī)械加工過(guò)程中的一種特種加工方法，英文簡(jiǎn)稱為USM。
超聲加工是利用超聲振動(dòng)工具在有磨料的液體介質(zhì)中或干磨料中產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來(lái)去除材料，或給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)加工，或利用超聲振動(dòng)使工件相互結(jié)合的加工方法。
在硬脆材料去除加工領(lǐng)域，機(jī)械加工利用工具對(duì)工件的作用力去除材料，工具磨損比較嚴(yán)重；電加工性能則受到工件材料導(dǎo)電性的限制；激光加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量易使工件表面形成裂紋與發(fā)生氧化；而超聲加工是非接觸加工，加工性能不依賴于材料的導(dǎo)電性，加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削熱也很小，是玻璃、工程陶瓷、硅晶體、石英晶體等硬脆性材料最有效的加工方法。
超聲波加工特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
1.光潔度、精度好
超聲波加工材料是依靠磨料瞬時(shí)局部的沖擊作用，故產(chǎn)生的宏觀切削力小，相應(yīng)的切削熱也很少，不會(huì)產(chǎn)生表面燒傷或者形變，所以能達(dá)到更好的光潔度和加工精度。
2.適合加工硬脆性材料
極限切削力是保證硬脆性材料超聲磨鉆工藝的首要條件，超聲加工的加工方式和原理，相較于普通加工，能大幅減小對(duì)工件表面的切削力、切削熱，以及刀具負(fù)荷，能顯著提升難加工材料的加工效率。
為玻璃、陶瓷、藍(lán)寶石、碳化硅等硬脆性材料加工提供高效、高質(zhì)的處理方法。
3.易于微小孔加工與拋光
一般而言，普通加工方法不容易去除小孔，刀具切割精度低，但是超聲波加工效率高，以每秒20000次以上的頻率，每次僅清除少量材料，有效降低了刀具切割力，保證了加工效率，提升了表面加工質(zhì)量。
4.無(wú)需改變機(jī)床結(jié)構(gòu)
隨著超聲加工技術(shù)不斷發(fā)展，目前超聲系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)小型化、模塊化設(shè)計(jì)，適用于不同類型加工機(jī)床，使用門檻低，可快速部署。
超聲波加工技術(shù)的應(yīng)用
一般的難加工材料有高溫合金、鈦合金、高強(qiáng)鋼、復(fù)合材料、陶瓷材料等，這些材料硬度高、強(qiáng)度高、不易磨損、不易氧化，以及擁有良好的耐熱性、耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械制造、國(guó)防以及航空工業(yè)等領(lǐng)域。
1.陶瓷
陶瓷材料是典型的難加工材料，一直以來(lái)磨削是唯一的加工方法。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們嘗試采用超聲波、電火花、離子束、激光及復(fù)合加工等方法來(lái)加工陶瓷，并且取得了一定的研究成果。其中超聲波加工陶瓷材料有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)將超聲旋轉(zhuǎn)加工應(yīng)用于ZrO2陶瓷的加工中，確定了加工參數(shù)對(duì)材料去除率的影響，促進(jìn)了超聲旋轉(zhuǎn)加工技術(shù)在氧化鋯陶瓷材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用。
2.碳纖維
碳纖維是一種由碳元素組成的特種纖維，其具有低密度、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍工及民用等方面。工業(yè)上對(duì)碳纖維材料切片加工采用的是往復(fù)式游離磨料線鋸切片技術(shù)，但其加工效率低，線鋸壽命短。
沈陽(yáng)理工大學(xué)的張遼遠(yuǎn)等通過(guò)對(duì)超聲金剛石線鋸復(fù)合加工碳纖維材料工件的對(duì)比試驗(yàn)，得出在超聲輔助作用下，加工過(guò)程中鋸切力更小，表面粗糙度值更低，工件加工軌跡直線度以及表面加工質(zhì)量更好。
3.金剛石
聚晶金剛石(PCD)是一種新型材料，它與天然金剛石性能相近，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。但是PCD硬度高、耐磨性高，傳統(tǒng)的加工方法難以對(duì)其進(jìn)行有效的加工。
北京交通大學(xué)的張勤儉等利用電火花超聲復(fù)合加工技術(shù)對(duì)聚晶金剛石進(jìn)行了加工試驗(yàn)，試驗(yàn)證明這種方法十分有效，特別適合聚晶金剛石這類硬脆材料的研磨與拋光加工。
4.其他應(yīng)用
利用超聲激光增材工藝制造氧化鋯-氧化鋁陶瓷部件，發(fā)現(xiàn)超聲振動(dòng)可以細(xì)化晶粒，使材料分布得更加均勻，并抑制裂紋的萌生和擴(kuò)展，制得的零件具有更高的硬度、耐磨性和更好的壓縮性能。
對(duì)氧化鋁陶瓷和氧化鋯進(jìn)行了超聲噴丸處理，經(jīng)過(guò)處理后可以在工件表面產(chǎn)生較高的殘余壓應(yīng)力，提高了陶瓷材料的抗斷裂性能。
超聲骨刀是一種利用高強(qiáng)度聚焦超聲原理進(jìn)行骨手術(shù)的醫(yī)療器械。骨組織有良好的切割作用，手術(shù)精度高，對(duì)神經(jīng)、血管及其他軟組織有很好的保護(hù)作用，出血少，術(shù)中視野清晰。
結(jié)語(yǔ)
超聲加工技術(shù)的發(fā)展及其取得的應(yīng)用成果是可喜的。一方面，材料加工的客觀需要推動(dòng)和促進(jìn)了超聲加工技術(shù)的發(fā)展;另一方面，超聲加工技術(shù)提供的強(qiáng)有力加工手段，又促進(jìn)了新材料的發(fā)展。材料加工中的許多課題需要我們共同去探討。展望未來(lái)，超聲加工技術(shù)的發(fā)展前景是美好的。
參考來(lái)源
繆興華.微細(xì)超聲加工研究現(xiàn)狀
曹鳳國(guó)等.超聲加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)
張德遠(yuǎn)等.超聲加工技術(shù)的研究進(jìn)展
房善想等.超聲加工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)
