超声波在金属加工车削方面的应用

       超声加工时，超声波振动系统是整套设备最核心的部分，设计复杂，主要为系统提供功率超声振动，使振幅和频率达到标准要求。由超声波发生器产生的高频电振荡施加于超声换能器上，将高频电振荡转换成超声频振动。超声振动通过变幅杆放大振幅，并驱动以一定静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。工具端部通过磨料不断地捶击工件，使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒，加工出与工具相应的形状。

关键词：超声振动，超声车削，刀具

   一、项目简介

      本试验方法将使用超声振动车削通过刀具上施加某种有规律的、可控的振动，使车削速度、车削深度发生周期性的改变，从而获得特殊车削效果的方法。使用超声高频振动车削，可以提高被加工材料的可加工性，提高刀具寿命和工件加工质量，同时加工后的材料也减少了淬火工艺，给企业提成了生产效率，降低了成本。

图1超声波加工示意图

为了解决延长刀具寿命和减少淬火工艺这一难题，苏州xxxxx有限公司与我们公司共同合作了超声波车削加工设备，该设备具有功率大，投资少、安装简易、实验效果稳定等特点。

   二、项目主要技术指标及特点

       与普通车削相比，采用轴向超声振车削加工方式，超声振幅越小，表面粗糙度的改善效果越明显；当进给量由5μｍ/ｒ增加到25μｍ/ｒ，超声振动车削的主切削力降低了17%-21%，表面粗糙度降低了21%-28%；随着切削速度的增大，超声振动车削的表面粗糙度和切削力先下降后上升，存在最佳切削速度范围，表面粗糙度最多可降低29.9%，切削力最多可降低30.1%，刀具延长寿命达12小时。

      超声振动车削的特点：

① 工件表面无撕裂与拉沟现象，表面粗糙度降低。

② 工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件。

③ 被加工材料的脆性越大越容易加工；材料越硬或强度、韧性越大则越难加工。

④ 由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料。

⑤ 可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。 超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔（包括圆孔、异形孔和弯曲孔等）、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。

⑥ 切削力大及温度幅度降低，工件寿命大幅度提高。

⑦ 提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性，使其使用寿命提高。

⑧ 延长刀具寿命。

三、项目运行实施

      该项目已于2024年6月份在苏州xxxxx有限公司进行了试验，同时也得到了苏州xxxxx大学的支持。通过设定超声波设备的最佳功率及现场设备运行的要求，对客户实验起到了很好的效果。

图2超声波辅助车削加工现场图

  四、项目应用体会

       本设备采用杭州国彪超声设备有限公司生产的智能数控超声波GBS-UGX15A加工设备，通过系统集成设计达到用户要求。本设备主要应用于实验室、研究所和生产厂商，对材料的抗磨性能做测量，比较和评价。此系统具有自动开机频率搜索，运行过程中自动跟踪频率，功率可调整等，如果设备出现问题可以及时断电，避免对整体控制系统造成影响。整个设备操作方面，无需设备开机前进行设置，全自动实现控制要求，系统稳定、可靠。