超聲振動(dòng)加工在磨削領(lǐng)域國(guó)內(nèi)專利技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

摘 要：超聲振動(dòng)磨削技術(shù)主要應(yīng)用于硬脆材料及非金屬材料的加工。超聲振動(dòng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)難加工材料的加工，提高了加工效率和精度。本文首先分析了超聲振動(dòng)加工的關(guān)鍵技術(shù)及其分類，再對(duì)國(guó)內(nèi)的專利申請(qǐng)總量和分布以及各技術(shù)分支的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，最后對(duì)超聲振動(dòng)磨削加工的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：超聲振動(dòng)；磨削加工；專利；發(fā)展趨勢(shì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.027

超聲振動(dòng)磨削加工主要由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電振蕩信號(hào)經(jīng)超聲換能器轉(zhuǎn)換成超聲頻機(jī)械振動(dòng)，超聲振動(dòng)振幅由變幅桿放大后驅(qū)動(dòng)磨削工具產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動(dòng)，使刀具與工件之間形成周期性的切削[1]。本文將從超聲振動(dòng)磨削加工關(guān)鍵技術(shù)分析和超聲振動(dòng)磨削加工發(fā)展趨勢(shì)兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

1 超聲振動(dòng)磨削加工關(guān)鍵技術(shù)分析

超聲振動(dòng)系統(tǒng)由換能器、變幅桿和工具頭等部分組成， 是超聲設(shè)備的核心部分。

根據(jù)磨削工具的不同，超聲振動(dòng)磨削加工可分為三大類：①超聲振動(dòng)砂輪磨削加工，例如廣東工業(yè)大學(xué)申請(qǐng)的專利（CN101823216A）一種超聲磨削設(shè)備，②超聲振動(dòng)磨料加工，例如湖南大學(xué)申請(qǐng)的專利（CN101844320A）中涉及的一種曲面零件的精密高效拋光方法及裝置，③超聲振動(dòng)復(fù)合加工，例如北京市電加工研究所申請(qǐng)的專利（CN1007135U）中涉及的一種電火花超聲波復(fù)合技工方法及脈沖與超聲波發(fā)生裝置。

而超聲振動(dòng)砂輪磨削加工根據(jù)超聲源的不同則又分為一維、二維、三維超聲振動(dòng)磨削；超聲振動(dòng)磨料加工利用超聲振動(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[2]，其最為典型的應(yīng)用為采用超聲振動(dòng)拋光液去除毛刺；超聲復(fù)合加工則根據(jù)復(fù)合介質(zhì)的不同分為超聲復(fù)合電加工和超聲復(fù)合束流加工。

2 超聲振動(dòng)磨削加工發(fā)展趨勢(shì)

2.1 超聲振動(dòng)磨削加工發(fā)展趨勢(shì)

從圖1超聲振動(dòng)磨削加工專利申請(qǐng)總量年度發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，超聲振動(dòng)磨削加工申請(qǐng)自1987年在中國(guó)出現(xiàn)以來(lái)，其技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：1987-1999年為摸索階段，在此期間國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量較??；2000-2010年為穩(wěn)步增長(zhǎng)階段，在此期間隨著國(guó)內(nèi)超聲振動(dòng)加工的普及，其在磨削領(lǐng)域應(yīng)用逐步完善；2011-2014年為大量申請(qǐng)階段，隨著需求量的增加，在此期間，國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)量出現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)。

2.2 超聲振動(dòng)磨削加工國(guó)內(nèi)申請(qǐng)分布

國(guó)內(nèi)浙江、江蘇、廣東、北京制造業(yè)發(fā)達(dá)的省市相關(guān)申請(qǐng)較多。河南的相關(guān)申請(qǐng)也很多，其申請(qǐng)人主要集中在高校。

2.3 超聲振動(dòng)磨削加工各分支發(fā)展趨勢(shì)

超聲振動(dòng)磨削加工中，砂輪磨削加工發(fā)展申請(qǐng)量較多，呈逐步上升的趨勢(shì)。而超聲振動(dòng)磨料磨削和超聲振動(dòng)復(fù)合磨削加工則從2004才開(kāi)始逐步發(fā)展。

2.3.1 超聲振動(dòng)砂輪磨削加工發(fā)展趨勢(shì)

超聲振動(dòng)砂輪磨削加工是對(duì)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，從而實(shí)現(xiàn)工件的材料磨削。

根據(jù)超聲振動(dòng)源的不同，又分為一維、二維、三維加工。從圖3可以看出，一維超聲振動(dòng)磨削加工的應(yīng)用較為廣泛，而二維超聲振動(dòng)磨削加工的申請(qǐng)量較小，三維超聲振動(dòng)磨削加工最少。其中二維超聲振動(dòng)磨削加工的興起，主要是因?yàn)槌暀E圓振動(dòng)加工的廣泛應(yīng)用。

2.3.2 超聲振動(dòng)磨料加工發(fā)展趨勢(shì)

2008、2012年關(guān)于超聲振動(dòng)磨料加工的申請(qǐng)量呈跳躍式增長(zhǎng)。這主要是因?yàn)?，采用超聲振?dòng)去除毛刺的廣泛應(yīng)用。

2.3.3 超聲振動(dòng)復(fù)合加工發(fā)展趨勢(shì)

超聲振動(dòng)復(fù)合加工是指同時(shí)在加工部位上組合兩種或?qū)煞N以上的不同類型能量對(duì)工件材料進(jìn)行加工的工藝方法。其能夠大大提高加工的效率和穩(wěn)定性。根據(jù)材料加工需求，其主要分為兩大類，即與電火花或者電解等的電加工復(fù)合、與磁流變或者激光等的束流加工的復(fù)合。從2004年開(kāi)始，超聲復(fù)合加工申請(qǐng)量逐步增加。

3 結(jié)語(yǔ)

縱觀超聲振動(dòng)磨削加工國(guó)內(nèi)申請(qǐng)分布，今后的發(fā)展趨勢(shì)可歸納為：①進(jìn)一步改善超聲振動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)在超聲振動(dòng)砂輪磨削加工方面進(jìn)一步拓展三維超聲振動(dòng)磨削；②進(jìn)一步加強(qiáng)針對(duì)超聲振動(dòng)磨料加工和超聲振動(dòng)復(fù)合加工的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]李宗智.超聲振動(dòng)研磨的研究[J].金剛石與磨料磨具工程，1995

（05）：88-89.

[2]張勤儉，楊小慶等.超聲加工技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].電加工與模具，2012（05）：11-15.

作者簡(jiǎn)介：胡琰琰（1987-），女，碩士，實(shí)習(xí)研究員，研究方向：機(jī)床方向的實(shí)質(zhì)審查。