超聲加工技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

紀(jì)能健 閆志剛

摘 要：當(dāng)前社會由于科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的加工技術(shù)也有了質(zhì)的飛躍。但是隨著科技投入加大，技術(shù)方法也在不斷革新，超聲加工技術(shù)也順勢有了更大的發(fā)展空間。相比較傳統(tǒng)加工技術(shù)而言，超聲加工技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，涉及到半導(dǎo)體工業(yè)，航空制造業(yè)，醫(yī)療工業(yè)以及汽車制造等多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。本文主要根據(jù)近年來超聲加工技術(shù)的應(yīng)用情況，對超聲加工技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行進(jìn)一步的探討。

關(guān)鍵詞：超聲加工技術(shù);應(yīng)用;發(fā)展趨勢

一、概述

了解超聲加工技術(shù)，首先就必須得了解超聲波加工。超聲波加工簡單來說就是一種加工方法，超聲加工是利用超聲振動的工具，帶動工件和工具間的干磨料或帶有磨料的液體介質(zhì)，沖擊、拋磨工件的被加工部位，使其局部材料被蝕除而成粉末（氣蝕作用）來去除材料，或在工具或工件上沿著一定的方向施加超聲頻振動的加工方法，或者通過超聲波振動來達(dá)到工件結(jié)合的一種加工方法[1]。

超聲加工技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過了60多年的發(fā)展歷程，現(xiàn)如今在國內(nèi)和國外均受到工程人員和專家的關(guān)注。這一種比較新興的特種加工技術(shù)，也越來越成為機(jī)械制造領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。此外，對于未來多領(lǐng)域行業(yè)如航空航天、食品包裝等也都有著極其重要的意義。

二、超聲加工技術(shù)的應(yīng)用

本文主要從四個方面來講述超聲加工技術(shù)，分別是難加工材料的加工、弱剛性結(jié)構(gòu)件的加工、超聲表面光整強(qiáng)化加工、以及其他應(yīng)用方面。

（一）難加工材料的加工應(yīng)用

加工材料通常包括高溫合金、高強(qiáng)鋼、陶瓷材料等。這些材料一般都具有相同的特征，大多數(shù)都是硬度很高，強(qiáng)度高，很難受到磨損，抗氧化能力強(qiáng)，以及能夠很好的耐腐蝕，耐熱的。正是由于這些優(yōu)點，這些材料被廣泛地應(yīng)用到機(jī)械、國防、航空或者工業(yè)等各種領(lǐng)域[2]。但也正因為其較高的硬度和自身的脆性，這些材料在加工過程中在很大程度上會損害原材料的價值，不能發(fā)揮其自身的最大效益。有研究表明，超聲加工技術(shù)可以降低切削與加工帶來的損傷，從而減少刀具的磨損量，也能在一定程度上降低脆性材料的破損程度，此外對于材料表面微裂紋的產(chǎn)生也有一定的減少作用。并且超聲波加工技術(shù)，能夠提升加工質(zhì)量和效率。

（二）弱剛性結(jié)構(gòu)件的加工應(yīng)用

弱剛性結(jié)構(gòu)件的加工對于眾多學(xué)者來說一直以來都是一個困惑點，由于其自身的結(jié)構(gòu)原因，在加工過程中。會由于較差的剛性導(dǎo)致變形。常見的包括超聲長零件、薄壁型零件、微小型零件，復(fù)雜曲面件等。超聲加工技術(shù)則可以克服剛性差這一弱點，且針對弱剛性結(jié)構(gòu)件，主要有深小孔加工技術(shù)和零壁型加工技術(shù)兩種類型。

深小孔加工相對來說加工過程比較繁瑣，深徑比大于5的則就為深孔。在深孔加工過程中，也存在著像散熱困難、容易變形、排屑不易等都是比較常見的現(xiàn)象，尤其比較難以應(yīng)對的則是難加工材料的大深徑比。采用超聲加工技術(shù)，則可以避免以上問題。目前國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)研究出超聲振動、超聲電火花復(fù)合加工裝置、深腔加工的超聲振動系統(tǒng)方案等，將其工藝用于加工過程中，可完美的解決弱剛性結(jié)構(gòu)件加工的問題[3]。

零壁型零件一般是指壁厚小同時質(zhì)量又很輕的零件，其通常壁厚不會超過2mm。由于其自身質(zhì)量輕，這種零件在航空和航天工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛。但也正由于其剛度差，零件薄的特點，所以導(dǎo)致在加工過程中，導(dǎo)軌和切削參數(shù)會很容易產(chǎn)生誤差，從而影響表面質(zhì)量。針對這樣的問題，目前學(xué)者也研究出了相關(guān)的工藝來進(jìn)行改良和克服，例如超聲輔助磨削實驗。超聲橢圓振動銑削方法等。

（三）超聲表面光整強(qiáng)化加工應(yīng)用

零件的表面往往會影響零件內(nèi)部的質(zhì)量，其表面的耐磨程度、以及密封性等特征往往會對質(zhì)量產(chǎn)生根本的影響。超聲表面光整強(qiáng)化加工技術(shù)，是指對零件的表面進(jìn)行光整調(diào)整，強(qiáng)化抗疲勞的表面。目前在這方面的應(yīng)用主要有超聲噴丸技術(shù)和超聲滾壓強(qiáng)化技術(shù)。前者是通過大功率超聲來對表面進(jìn)行噴丸處理，從而強(qiáng)化表面質(zhì)量的一種強(qiáng)技術(shù)。后者則是通過施加與壓力和高頻的沖擊力來進(jìn)行變形和強(qiáng)化，從而提高零件的表面強(qiáng)度，提高質(zhì)量和效率。

（四）其他應(yīng)用

除了上述三個方面的加工應(yīng)用，其他的應(yīng)用還包括超聲波焊接加工，磨料沖擊加工等。超聲波焊接按照材料進(jìn)行分類，則又可以分為兩大類，分別是金屬和塑料焊接。金屬焊接通常是對鋁合金進(jìn)行焊接，不使用焊條，通過破除表面氧化膜來實現(xiàn)自動焊接。聲波塑料焊接目前應(yīng)用比較廣泛的有食品包裝，航空航天等領(lǐng)域。這種焊接方法主要是通過聲能和熱能的互相轉(zhuǎn)換，將塑料融化最后連接在一起的焊接方法。

磨料沖擊加工是指通過超聲波振動直接去除表面的磨粒，平滑表面來完成高精度研拋的過程。國內(nèi)提出一種名叫軟性磨力流超聲強(qiáng)化的方法，通過這種方法，可以極大地減少加工時間，提高精度和工作的效率。

三、超聲加工技術(shù)的發(fā)展

隨著科技的不斷發(fā)展，超聲加工以其自身的獨特優(yōu)勢，在各個行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也更加普遍，像半導(dǎo)體工業(yè)、汽車制造業(yè)、航空航天業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等。而隨著超聲波加工技術(shù)的廣泛使用，一些新型技術(shù)也得到了研發(fā)的運(yùn)用，目前主要有：超聲復(fù)合加工技術(shù)、微細(xì)超聲加工技術(shù)、旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)、超聲骨切削技術(shù)等。這四種技術(shù)分別在硬脆材料、微小型材料、機(jī)床加工、高強(qiáng)度納米復(fù)合材料方面有著顯著優(yōu)勢，未來發(fā)展趨勢也是一片光明。

四、結(jié)論

科技進(jìn)步的同時，超聲加工也在不斷與時俱進(jìn)。加工材料的難易程度推動著超聲加工技術(shù)的不斷發(fā)展，而加工技術(shù)的不斷革新也催生著新材料的拓展的應(yīng)用?？梢猿暭庸ぜ夹g(shù)對工業(yè)的推動作用，也是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個重要方面，其應(yīng)用和發(fā)展值得我們?nèi)リP(guān)注。

參考文獻(xiàn)：

[1]黎秉彝.超聲加工技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展研究[J].機(jī)電信息，2017（27）：84-85+87.

[2]房善想，趙慧玲，張勤儉.超聲加工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].機(jī)械工程學(xué)報，2017，53（19）：22-32.

[3]王哲，張華，錢雙慶，曹紅蓓.超聲復(fù)合特種加工技術(shù)的研究及其發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代制造工程，2017（01）：157-162.