为什么超声波也能被用于精密加工?

发布日期: 2023-09-12

在气体、液体、固体等中传播的振动称为“声波”。在声波中,那些耳朵听不到的高频声波称为“超声波”。
现在超声波不仅用于清洗和测量,还用于精密加工等各种用途。此次我们来说说超声波加工。

 

 


何谓超声波加工

工业材料的加工方法多种多样,如机加工、磨削加工、冲压加工等。超声波加工是将超声波振动结合到这些传统加工方法中的技术。例如,超声波机加工,就是在超声波振动加工工具的状态下来切削被加工物的。
在进行超声波加工时,使用超声波振子(通常称为BL振子)产生超声波,向压电元件提供电信号,可以产生15kHz~200kHz的超声波振动。

 


超声波加工的种类

各种超声波加工中的磨粒加工和机加工,即去除加工,以及结合超声波的粘合技术。

传统的加工技术包括去除加工(去除原料上不需要的部分的方法)和非去除加工(使原料变形的方法)。超声波可以应用于这些方法中的任何一种。
这次,我们将介绍各种超声波加工中的磨粒加工和机加工,即去除加工,以及结合超声波的粘合技术。

  • 超声波磨粒加工
    超声波磨粒加工是一种将超声波融入磨粒加工(磨粒是高硬度的颗粒,用磨粒去一点一点切削掉的方法)中的方法。
    超声波磨粒加工,即在超声波振动的状态下,刀具和被加工物体之间注入磨粒的悬浊液。振动中的刀具与磨粒发生碰撞,与此同时,从刀具中获得了振动能量的磨粒与加工原料碰撞并一点点切削掉表面。切削原料的本质是磨粒,超声波起辅助作用。
    在超声波磨粒加工中,通过使用超声波的高频振动,可以进行比以往更精细、更高精度的加工。也可以加工以往难以加工的硬脆材料。此外,处理时间也大大减少。
  • 超声波机加工
    超声波机加工是机加工和超声波振动的结合。在刀具受到超声波振动的状态下切削被加工物体。
    在超声波机加工中,超声波振动通常施加在与切削方向相同的方向上。即,刀具按照振动周期反复接触被加工物体(对被加工物体进行切削)和远离被加工物。这样,在超声波切削中,存在刀具与被加工物体分离的时间,从而减小了施加在刀具上的力,提高了加工精度。同样的,切削产生的热量也减少,因此可以防止被加工物体因过热而变质等。
    综上所述,超声波机加工具有许多优点。但是由于存在不进行切削的时间,因此存在加工耗时较长的缺点。
  • 超声波接合
    超声波接合是一种将超声波振动融入压焊(一种使样品彼此紧贴并通过施加压力进行接合的方法)中的技术。压焊的注意点是,要清除样品表面的污垢,使之保持清洁状态,在这种情况下超声波才会发挥作用。
    超声波接合主要用于金属之间的接合。将两个金属样品上下重叠后,对上面的样品施加超声波振动。当在该状态下将上部样品按压于下部样品上时,超声波振动将两个样品表面的污垢(氧化膜等)去除。这样原料就能接合得漂亮。
    超声波接合不使用热能,因此可以接合具有不同熔点的异种金属。而且接合不会改变金属的机械性能或导电性能。
  • 超声波熔接
    在超声波熔接中,树脂因超声波产生的振动和压力而部分熔化、熔接。几乎所有的热可塑性树脂都可以加工。其特点是,由于加热范围小,对树脂零件的热影响较少。

 


超声波加工的用途

在超声波磨粒加工和超声波机加工中,可以利用超声波的高频振动进行细致且高精度的加工。

在超声波磨粒加工和超声波机加工中,可以利用超声波的高频振动进行细致且高精度的加工。因此,这些技术被广泛应用于陶瓷、宝石、玻璃等硬脆材料的加工。由于不会产生热并且可以获得干净的剖面,因此也用于树脂机加工。
另一方面,超声波接合适用于电池、功率器件和基板等精细电触点部的金属接合。在锂离子电池中的应用也备受关注。

 


总结

超声波加工是一种结合了传统加工方法和超声波的技术,具有传统加工方法所没有的一些优点和特征。
除了这里介绍的方法之外,还有各种超声波处理方法。使用超声波进行加工时,请务必了解每种方法的特点,然后再选择最合适的方法。

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