超聲振動磨削技術(shù)、

1、超聲振動精密磨削技術(shù)的發(fā)展1、引言隨著科學(xué)技術(shù)的進步，金屬間化合物、工程陶瓷、石英、光學(xué)玻璃等硬脆材料以及各種增韌、增強的新型復(fù)合材料因其高硬度、耐磨損、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)點在航空航天、國防科技、生物工程、計算機工程等尖端領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛；但由于這些材料的脆硬特性，傳統(tǒng)加工方法已不能滿足對這些材料零件的精密加工要求，，因此有關(guān)其精密超精密磨削加工技術(shù)便成為世界各國研究的熱點。超聲振動精密磨削技術(shù)便是順應(yīng)這一需要而發(fā)展起

2、來的技術(shù)之一。超聲振動磨削技術(shù)的基本原理為：由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電振蕩信號（一般為16～25KHz）經(jīng)超聲換能器轉(zhuǎn)換成超聲頻機械振動，超聲振動振幅由變幅桿放大后驅(qū)動工具砂輪產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動，使刀具與工件之間形成周期性的切削。即工具砂輪在旋轉(zhuǎn)磨削的同時做高頻振動。超聲加工技術(shù)的經(jīng)歷了從傳統(tǒng)超聲波加工到旋轉(zhuǎn)超聲波加工的發(fā)展階段，旋轉(zhuǎn)式超聲加工是在傳統(tǒng)超聲加工的工具上疊加了一個旋轉(zhuǎn)運動。這種加工用水帶走被去除的材料并冷卻工具，不需要傳統(tǒng)

3、超聲加工中的磨料懸浮液，因此，這種方法被廣泛的運用于超聲振動磨削加工中[6]。2、超聲振動磨削技術(shù)發(fā)展回顧、超聲振動磨削技術(shù)發(fā)展回顧1927年，R.W.Wood和A.L.Loomis就發(fā)表了有關(guān)超聲波加工的論文，超聲加工首次提出。1945年L.Balamuth就申請了關(guān)于超聲加工的專利。20世紀(jì)50～60年代日本學(xué)者隈部淳一郎發(fā)表了許多對振動切削進行系統(tǒng)研究的論文，提出了振動切削理論，并成功實現(xiàn)了振動磨削等加工[8]。1960年左右，英

4、國Hawell原子能研究中心的科學(xué)家發(fā)明了新的超聲磨削復(fù)合加工方法。超聲振動磨削加工在難加工材料和高精度零件的加工方面顯示了很大的優(yōu)越性。1986年日本學(xué)者石川健一受超聲電機橢圓振動特性啟發(fā)，首次提出了“橢圓振動低的切削力和相對高的材料去除率。1996年東京大學(xué)的增澤隆久等人用超聲激振方式在結(jié)構(gòu)陶瓷材料上加工出了直徑為5m的微孔。19981998年德國工業(yè)大學(xué)年德國工業(yè)大學(xué)E.UhlmanE.Uhlman、G.SpurG.Spur等人在

5、等人在4848屆CIPRCIPR年會上提出在加工表面年會上提出在加工表面的法向施加超聲振動，材料的去除率大大提高，并試驗證明了在提高材料去除率的同的法向施加超聲振動，材料的去除率大大提高，并試驗證明了在提高材料去除率的同時，并不會對表層造成損傷。時，并不會對表層造成損傷。1999年，德國Kaiserslautern大學(xué)的GWarnecke指出，在磨削新型陶瓷和硬金屬等硬脆材料時，磨削過程及結(jié)果與材料去除機理緊密相關(guān)。美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)和

6、內(nèi)華達大學(xué)對Al2O3陶瓷材料微去除量精密超聲加工技術(shù)進行了研究。通過模擬陶瓷材料超聲加工的力學(xué)特性對材料去除機制進行分析，研究發(fā)現(xiàn)，低沖擊力會引起陶瓷材料結(jié)構(gòu)的變化和晶粒的錯位，而高沖擊力會導(dǎo)致中心裂紋和凹痕。美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)還第一次分析了Al2O3陶瓷精密超聲加工的機理、過程動力學(xué)以及發(fā)展趨勢，并詳細(xì)討論了超聲技術(shù)在陶瓷加工方面的應(yīng)用情況。巴西的研究人員對石英晶體的超聲研磨技術(shù)進行了研究，發(fā)現(xiàn)石英晶體的材料去除率取決于晶體的晶向，

7、研磨晶粒的尺寸影響材料去除率和表面粗糙度。研究指出，加工過程中材料產(chǎn)生微裂紋是材料去除的主要原因。日本的吳勇波等人建立了超聲振動輔助磨削的實驗裝置（裝置如圖14）并研究了磨削不銹鋼內(nèi)孔時超聲振動對表面粗糙度和切削力的影響，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施加19.2KHz超聲振動后，表面粗糙度可以減少20％；法向力減少65％，切向力減少70％。3.23.2超聲振動磨削技術(shù)超聲振動磨削技術(shù)國內(nèi)國內(nèi)研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀國內(nèi)眾多知名院校均對超聲振動加工方面進行了研究