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超聲波加工各種金屬表面加工方式
閱讀：3257 發(fā)布時(shí)間：2022-7-23一.光整加工概述
磨削后的表面會(huì)留下磨痕、微裂紋和劃痕等缺陷，這會(huì)直接導(dǎo)致模具刃口崩刃。而對(duì)采用電加工的模具則會(huì)由于電加工熱量很大，在表層形成一薄薄的變質(zhì)層，影響模具的質(zhì)量和壽命。所以需要采用光整加工技術(shù)研磨拋光去除這些缺陷，以保證表面粗糙度和提高表面精度。光整加工可以獲得比一般機(jī)械加工更高的表面質(zhì)量。
二.市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)
金屬表面光整加工一直以來(lái)都是金屬加工中的難題之一，特別是對(duì)于一些硬度較高的金屬進(jìn)行裝配時(shí)，
我國(guó)目前仍以手工研磨拋光為主。手工研磨拋光不僅難以保障產(chǎn)品質(zhì)量、加工周期長(zhǎng)，而且工作業(yè)環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大，從而使之成為金屬制造效率的瓶頸，也制約了我國(guó)金屬行業(yè)向更高層次發(fā)展。對(duì)于模具復(fù)雜型腔和一些狹縫的精加工，傳統(tǒng)的機(jī)加工方法已無(wú)法任，必須采用新的工藝措施，如超聲波光整加工技術(shù)。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各類金屬的加工工藝要求越來(lái)越高。提高金屬的拋光效率和表面質(zhì)量，使我國(guó)金屬制造工水平再上新臺(tái)階，超聲波光整加工技術(shù)以成為時(shí)代的選擇
三.超聲波光整加工優(yōu)點(diǎn)
1.作肋小在靜壓力等于傳統(tǒng)壓光靜壓力四分之一的情況下,其顯微硬度與普通壓光相當(dāng)。
2.加工區(qū)溫度大幅度降低由于改變了加工方式，滾輪與工件的接觸為脈沖沖擊，大大減小了相互間的摩擦,溫度也相應(yīng)的降低，杜絕了因溫度過(guò)高造成的表面缺陷。
3.大幅度降低表面粗糙度Ra值表面粗糙度可以提高三級(jí)以上，可達(dá)Ra0.1以下。
4.不產(chǎn)生切屑
5.提已加工表面的耐磨性、耐腐蝕性以及抗疲勞強(qiáng)度由于超聲表面光整加工是壓縮性塑性變形,工件表面產(chǎn)生-定的殘余壓應(yīng)力，同時(shí)表面硬度提高5%~20%，疲勞強(qiáng)度可提高近一倍。
6.節(jié)約設(shè)備成本超聲波表面光整加工可直接代替砂光和磨削，在普通車床上即可進(jìn)行光整加工，因此大大節(jié)約了購(gòu)置設(shè)備的費(fèi)用,尤其對(duì)大型和超大型工件,效果更為明顯。
7.生產(chǎn)效率高例如在普通車床上加工外圓表面，工件線速度70m/min,走刀量為0.05-0.2mm/r，其效率相當(dāng)于精車。
五.超聲波表面光整加工外圓鏡面加工應(yīng)用案例
（1）.刀具的構(gòu)成:
1、壓電陶瓷：德國(guó)赫爾曼、法國(guó)泰索尼克、美國(guó)必能信等進(jìn)口材料
2、變幅桿：金屬研究所TC4/TC6
3、工具頭滾珠：日本進(jìn)口YG10.2超硬質(zhì)合金/紅藍(lán)寶石/金剛石
4、殼體材料：40Cr超精密加工
5、彈性機(jī)構(gòu)：60Mn彈簧鋼
6、顯示表廠家：哈量
（2）.產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：
1.普通機(jī)床操作工就可加工
2.工件的表面粗糙度（Ra）≤0.2μm
3.與傳統(tǒng)的工件表面鏡面加工相比，表面硬度提高10%-20%
4.與傳統(tǒng)的工件表面鏡面加工相比，耐磨性、耐腐蝕性提高50%以上
5.不損失工件本身材料
6.裝夾簡(jiǎn)單，適用于所有加工機(jī)床
（3）應(yīng)用案例：
原工藝：
粗車-精車（Ra2.6μm）-磨床加工（Ra0.8μm）
現(xiàn)工藝：
粗車-精車（Ra2.6μm）-高束能（Ra0.12μm）
（4）超聲加工與傳統(tǒng)拋光對(duì)比：
超聲波光整加工工藝 | 傳統(tǒng)拋光加工工藝 | |
鏡面加工效果 | Ra：0.05μm | Ra：1.6-0.4μm |
加工效率 | 線速度可達(dá)120m/min，走刀量可達(dá)0.2-2mm/r | 效率很低 |
輔料消耗 | 滾珠、工作介質(zhì)少 | 拋光輪、磨料、砂帶等消耗多 |
表面質(zhì)量 | 均勻一致 | 因砂輪等不斷磨損，表面一致性差 |
工序周轉(zhuǎn) | 無(wú)需周轉(zhuǎn)，在機(jī)床上一次裝夾加工完成 | 需轉(zhuǎn)移工件到拋光機(jī) |
操作環(huán)境 | 節(jié)能環(huán)保，無(wú)砂粒和鐵屑的產(chǎn)生 | 產(chǎn)生砂粒、鐵屑、粉塵等，環(huán)境惡劣 |
對(duì)機(jī)床損害 | 屬于無(wú)切削加工，不損害機(jī)床 | 砂粒掉在機(jī)床上會(huì)損害機(jī)床軌道等部件 |
場(chǎng)地占用 | 隨機(jī)而立，占地面積小 | 專門(mén)操作間，專用床位 |
應(yīng)力狀態(tài) | 可消除表面拉應(yīng)力，預(yù)置理想的壓應(yīng)力 | 無(wú)法確定 |
安全性 | 無(wú)砂輪傷人等隱患 | 有砂輪傷人等隱患 |
B、超聲加工與磨床對(duì)比：
超聲波光整加工工藝 | 傳統(tǒng)磨床加工工藝 | |
鏡面加工效果 | Ra：0.05μm | Ra：0.4-0.8μm |
加工效率 | 線速度可達(dá)120m/min，走刀量可達(dá)0.2-2mm/r | 效率很低 |
表面性能 | 提高零件的表面硬度、耐磨性 | 不能提高 |
供需周轉(zhuǎn) | 使用方便減少工序周轉(zhuǎn) | 兩道工序轉(zhuǎn)移工件到磨床 |
疲勞性能 | 增加工件的抗腐蝕性和疲勞性能 | 不能提高 |
使用耗材 | 零使用成本 | 有砂粒等耗材 |
環(huán)保次年功能 | 節(jié)能環(huán)保，無(wú)砂粒和鐵屑的產(chǎn)生 | 加工過(guò)程中一直有 |
加工工件尺寸 | 加工效率高，不收工件尺寸制約 | 磨床型號(hào)決定工件尺寸 |
應(yīng)用工件范圍 | 一臺(tái)設(shè)備可以加工內(nèi)外圓、曲面、平面、R弧、球面等 | 受限程度高 |
應(yīng)力消除情況 | 可消除表面拉應(yīng)力并預(yù)置壓應(yīng)力 | 無(wú) |
安全性能 | 安全，無(wú)砂粒傷人隱患；占地面積小 | 需熟練工人規(guī)范操作，專用床位 |
C、超聲加工與滾壓對(duì)比：
超聲波光整加工工藝 | 傳統(tǒng)滾壓加工 | |
工作原理 | 能量加工，每次3萬(wàn)次高頻沖擊，使金屬流變 | 屬于剛性強(qiáng)力冷擠壓，實(shí)質(zhì)使工件表面冷作硬化。 |
加工效果 | 在半精車后一次加工即可達(dá)到鏡面加工效果，Ra0.2以下 | 必須在精車的基礎(chǔ)上進(jìn)行，正常能實(shí)現(xiàn)Ra0.4左右 |
對(duì)機(jī)床影響 | 略小于車削力，不到滾壓5%，對(duì)機(jī)床無(wú)不良影響。 | 很大的剛性力，1000N-3000N，嚴(yán)重?fù)p傷機(jī)床的精度和壽命。 |
表層質(zhì)量 | 能量加工，表面組織納米化鏡面排列 | 產(chǎn)生表面脆硬層，材料內(nèi)部不連續(xù)，產(chǎn)生表皮剝離現(xiàn)象。 |
成本 | 一次性投資無(wú)耗材，綜合使用成本低 | 刀具使用壽命短，易損壞，機(jī)床損壞快，使用成本高。 |
適用性范圍 | 加工細(xì)長(zhǎng)桿、薄壁等剛性差的零件 | 無(wú)法滿足細(xì)長(zhǎng)桿、薄壁等剛性差零件的加工 |
材質(zhì)硬度 | 不受材質(zhì)和硬度影響，可加工硬度HRC65的材料 | 無(wú)法對(duì)銅鋁等較軟材質(zhì)加工，只能加工HRC40以下的材料 |
操作要求 | 因是彈性接觸，操作簡(jiǎn)單，能開(kāi)機(jī)床的操作工，能保證性能達(dá)到要求 | 要求熟練的技術(shù)良好的操作共作業(yè)，否則不僅生產(chǎn)廢品，而且損壞機(jī)床 |
五.應(yīng)用范圍
超聲波表面光整加工設(shè)備可用于加工內(nèi)外圓表面、平面，如各種液壓缸內(nèi)外孔、活塞桿、冶金軋輥等的加工，可以直接替代珩磨和磨削;借助數(shù)控設(shè)備或?qū)Ｓ霉ぱb可以加工各種異型面如汽輪機(jī)葉片、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、飛機(jī)蒙皮等，可加工的材料包括碳鋼、工具鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、鑄鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鋁鎂合金等材料，所加工材料的硬度可達(dá)HRC60。對(duì)加工的零件來(lái)說(shuō)，越是大型零件越具有*性，可應(yīng)用于工程機(jī)械、壓力機(jī)、石油機(jī)械、煤礦機(jī)械、汽車、軋鋼等行業(yè)。