超声波加工硬脆材料的研究

超声波加工硬脆材料的研究

工程陶瓷具有强度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，广泛用于机械、电子、宇航、汽车、冶金、化工等行业。由于工程陶瓷具有极高的硬度和脆性，其成形加工十分困难，特别是成形孔的加工尤为困难[1]。近年来小孔加工出现了一些特种加工方法，包括电火花加工、电子束加工、激光加工、超声波加工等[3-5]。其中，超声波能在各种硬脆材料上打小孔，特别适合在宝石、陶瓷、玻璃及各种半导体材料上加工小孔[5]。

一、超声波加工的机理 二、超声波加工系统 三、超声波在硬脆材料中加工微孔的实验

利用超声波加工装置在工程陶瓷上进行了微孔加工实验，图3是在陶瓷片上打出的一排微孔，陶瓷片厚度为2mm，

小孔孔径为0.2mm，加工出来的微孔形状规则、边沿比较光滑。但在工具入口和出口端，工件材料会发

生边崩现象，尤其在出口处边崩现象比较严重。入口崩边是由于工具的进给力和超生振动使材料产生环状裂纹，工具的磨削作用使整个裂纹上端脱落；出口崩边是由于陶瓷材料抗拉强度很低，进给力和超声冲击力使其沿环状裂纹方向发生断裂。

图4是利用超声波打孔方法在玻璃片上打出的wWw.LWlm.com小孔，玻璃片厚度为3mm，小孔孔径为0.2mm。超声波振动磨削加工，一个很难避免的问题是工具入口和出口端的工件材料会发生边崩现象，尤其在出口处边崩现象特别严重，入口崩边之所以发生是由于：工具的进给力和超生振动使材料产生环状裂纹，工具的磨削作用使整个裂纹上端脱落；出口崩边的原因是由于玻璃材料抗拉强度很低，进给力和超声冲击力使其沿环状裂纹方向发生断裂。下面将对这些问题进行研究。

实验结果表明：超声波加工硬脆瓷材料时，材料去除率随静载荷、工具振幅、磨粒直径的增加而增加；加工表面粗糙度随工具振幅、磨粒直径的增大而增加，随静压力的增大而降低。 [2]张云.电火花加工控制技术的新发展[J].机电工程,1995,1:54-57. [4]宋宜梅,李少华,钟庆华.电子束技术在工业领域中的应用[J].广西机械,2003,01:17-20.

[5]王军,万珍平.基于玻璃小孔的超声波加工实验研究[J].机械制造,2009,47:61-63.