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超聲振動輔助車削加工應用案例   

摘要：超聲振動輔助車削是一種將超聲振動與普通車削相結合的復合加工方式。與傳統車削不同的是，超聲振動車削通過在刀具或工件上施加周期性的高頻振動，可以改變傳統切削過程中刀具和工件始終接觸的狀況，使得刀具與工件之間產生周期性的接觸和分離，減少了刀具和工件接觸時間，從而有效降低平均切削力和切削溫度，提高工件的表面質量，同時延長了刀具的壽命。

超聲加工時，超聲波振動系統是整套設備最核心的部分，設計復雜，主要為系統提供功率超聲振動，使振幅和頻率達到標準要求。由超聲波發生器產生的高頻電振蕩施加于超聲換能器上，將高頻電振蕩轉換成超聲頻振動。超聲振動通過變幅桿放大振幅，并驅動以一定靜壓力壓在工件表面上的工具產生相應頻率的振動。工具端部通過磨料不斷地捶擊工件，使加工區的工件材料粉碎成很細的微粒，加工出與工具相應的形狀。

關鍵詞：超聲振動，超聲車削，刀具

一、項目簡介

本試驗方法將使用超聲振動車削通過刀具上施加某種有規律的、可控的振動，使車削速度、車削深度發生周期性的改變，從而獲得特殊車削效果的方法。使用超聲高頻振動車削，可以提高被加工材料的可加工性，提高刀具壽命和工件加工質量，同時加工后的材料也減少了淬火工藝，給企業提成了生產效率，降低了成本。

圖1超聲波加工示意圖

為了解決延長刀具壽命和減少淬火工藝這一難題，蘇州xxxxx有限公司與我們公司共同合作了超聲波車削加工設備，該設備具有功率大，投資少、安裝簡易、實驗效果穩定等特點。

二、超聲波振動輔助加工設備項目主要技術指標及特點

與普通車削相比，采用軸向超聲振車削加工方式，超聲振幅越小，表面粗糙度的改善效果越明顯；當進給量由5μｍ/ｒ增加到25μｍ/ｒ，超聲振動車削的主切削力降低了17%-21%，表面粗糙度降低了21%-28%；隨著切削速度的增大，超聲振動車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圍，表面粗糙度最多可降低29.9%，切削力最多可降低30.1%，刀具延長壽命達12小時。

超聲波振動輔助加工設備的特點：

?工件表面無撕裂與拉溝現象，表面粗糙度降低。

?工具對工件的宏觀作用力小、熱影響小，因而可加工薄壁、窄縫和薄片工件。

?被加工材料的脆性越大越容易加工；材料越硬或強度、韌性越大則越難加工。

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

?可以與其他多種加工方法結合應用，如超聲振動切削、超聲電火花加工和超聲電解加工等。 超聲加工主要用于各種硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、鍺、鐵氧體、寶石和玉器等的打孔（包括圓孔、異形孔和彎曲孔等）、切割、開槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面拋光和砂輪修整等方面。

?切削力大及溫度幅度降低，工件壽命大幅度提高。

?提高已加工表面的耐磨性、耐腐蝕性，使其使用壽命提高。

?延長刀具壽命。

三、    項目運行實施

該項目已于2024年6月份在蘇州xxxxx有限公司進行了試驗，同時也得到了蘇州xxxxx大學的支持。通過設定超聲波設備的最佳功率及現場設備運行的要求，對客戶實驗起到了很好的效果。

圖2超聲波輔助車削加工現場圖

四、項目應用體會

本設備采用杭州國彪超聲設備有限公司生產的智能數控超聲波GBS-UGX15A加工設備，通過系統集成設計達到用戶要求。本設備主要應用于實驗室、研究所和生產廠商，對材料的抗磨性能做測量，比較和評價。此系統具有自動開機頻率搜索，運行過程中自動跟蹤頻率，功率可調整等，如果設備出現問題可以及時斷電，避免對整體控制系統造成影響。整個設備操作方面，無需設備開機前進行設置，全自動實現控制要求，系統穩定、可靠。