超聲波加工硬脆材料的研究超聲波加工硬脆材料的研究工程陶瓷具有強度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)良性能，廣泛用于機械、電子、宇航、汽車、冶金、化工等行業(yè)。由于工程陶瓷具有極高的硬度和脆性，其成形加工非常困難，特別是成形孔的加工尤為困難[1]。近年來小孔加工出現(xiàn)了一些特種加工方法，包括電火花加工、電子束加工、激光加工、超聲波加工等[3-5]。其中，超聲波能在各種硬脆材料上打小孔，特別合適在寶石、陶瓷、玻璃及各種半導(dǎo)體材料上加工小孔[5]。一、超聲波加工的機理超聲波加工是利用超聲頻振動的工具端面通過磨料去加工材料的一種方法，當工具為細絲或細管時就能加工出小孔。圖1為超聲波加工論文聯(lián)盟.Ll.的原理圖(1超聲波發(fā)生器、2換能器、3聚能器、4變幅桿、5磨料與磨料液、6工具、7工件)，加工時在工具和工件之間參加液體(水或煤油)和磨料混合的懸浮液，并使工具以一定的壓力P壓在工件上，超聲波換能器產(chǎn)生17~25kHz的超聲頻縱向振動，并借助于變幅桿把振幅放大到0.01~0.02驅(qū)開工具振動，迫使工作液中的磨粒以很高的速度和加速度不斷地撞擊、拋磨被加工外表，把加工區(qū)的材料粉碎成很細的微粒從材料上去除。同時工作液受工具端面的超聲振動作用而產(chǎn)生的高頻變液壓沖擊波和空化作用，促使磨料懸浮液浸透到被加工材料的微裂縫內(nèi)，迅速破壞材料外表，此時材料外表就會留下所需要的形狀。超聲磨削加工的材料必須是脆性的，在脆性材料外表產(chǎn)生的應(yīng)力不會因塑料流動而分散，所以材料發(fā)生崩碎現(xiàn)象。反之，對于可延性材料，磨料有傾向于被吸收的趨勢，因此可能被去除的材料極微校二、超聲波加工系統(tǒng)超聲波加工的實驗裝置如圖2所示。在加工時，鋼針焊接、超聲波產(chǎn)生、打孔速度等均要控制恰當，否那么無法加工出質(zhì)量優(yōu)良的微孔。因此必須做好下面幾點：(1)焊接好鋼針，焊接時可用助焊劑(油)，除油、除銹，不應(yīng)有空氣間隙，采用高強度焊錫，使用酒精燈或50~75的電烙鐵進展焊接，焊點要求光滑；(2)選擇好磨料(金剛砂)，一般粒度粗加工速度快，粒度細加工精度高，金剛砂顆粒太細或金剛砂硬度太低及水沙比例不適宜都會導(dǎo)致打孔速度低，一般水沙的比例為能流動即可、不可太干；(3)安裝好工具頭，安裝時應(yīng)保持端面干凈，并用一定的力旋緊，換工具頭時應(yīng)關(guān)掉工作開關(guān)，不可無工具頭運轉(zhuǎn)；(4)調(diào)節(jié)好諧振狀態(tài)，將功率調(diào)整鈕(調(diào)諧鈕)順時針方向旋到頭，先開電源開關(guān)后開工作開關(guān)，這時電流表指示在小于50毫安左右(假設(shè)大于70~100毫安可能是鋼針開焊或松動)，再調(diào)整功率輸出鈕使電路諧振，電流表指示在30-50毫安，此時打孔針頭可使液體(水)霧化，電流過大輸出功率也大，可能會震斷針，可視加工深度調(diào)整輸出功率，假設(shè)在打孔過程中，電流變大，打孔針頭又不能使水霧化，此時為失諧狀態(tài)，可能是針開焊、震裂，重新焊接即可排除；(5)鋼針長度在35~40內(nèi)效果最正確，打深孔時為得到加工速度，先保持在35~40之間，在打一段后換長針可進步打孔速度和深度，換長針后應(yīng)注意調(diào)整調(diào)諧，否那么易斷針或震裂焊接處；(6)打孔時應(yīng)掌握一個最正確靜壓力，用力太大或用力太輕都會影響加工速度。三、超聲波在硬脆材料中加工微孔的實驗利用超聲波加工裝置在工程陶瓷上進展了微孔加工實驗，圖3是在陶瓷片上打出的一排微孔，陶瓷片厚度為2，小孔孔徑為0.2，加工出來的微孔形狀規(guī)那么、邊沿比擬光滑。但在工具入口和出口端，工件材料會發(fā)生邊崩現(xiàn)象，尤其在出口處邊崩現(xiàn)象比擬嚴重。入口崩邊是由于工具的進給力和超生振動使材料產(chǎn)生環(huán)狀裂紋，工具的磨削作用使整個裂紋上端脫落；出口崩邊是由于陶瓷材料抗拉強度很低，進給力和超聲沖擊力使其沿環(huán)狀裂紋方向發(fā)生斷裂。圖4是利用超聲波打孔方法在玻璃片上打出的論文聯(lián)盟.Ll.小孔，玻璃片厚度為3，小孔孔徑為0.2。超聲波振動磨削加工，一個很難防止的問題是工具入口和出口端的工件材料會發(fā)生邊崩現(xiàn)象，尤其在出口處邊崩現(xiàn)象特別嚴重，入口崩邊之所以發(fā)生是由于：工具的進給力和超生振動使材料產(chǎn)生環(huán)狀裂紋，工具的磨削作用使整個裂紋上端脫落；出口崩邊的原因是由于玻璃材料抗拉強度很低，進給力和超聲沖擊力使其沿環(huán)狀裂紋方向發(fā)生斷裂。下面將對這些問題進展研究。實驗結(jié)果說明：超聲波加工硬脆瓷材料時，材料去除率隨靜載荷、工具振幅、磨粒直徑的增加而增加；加工外表粗糙度隨工具振幅、磨粒直徑的增大而增加，隨靜壓力的增大而降低。[1]張祖軍,陳奎儒,劉繼光等.深小孔特種加工[J].機械工程與自動化,2022,6:20-22.[2]張云.電火花加工控制技術(shù)的新開展[J].機電工程,1995,1:54-57.[3]李又生.深孔激光加工研究[J].激光技術(shù),1998,22(2):98-102.