超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。这是小编为大家整理的超声波加工技术论文，仅供参考!

超声波加工技术论文篇一

超声加工的应用及发展

摘要：陶瓷、光学玻璃、功能晶体、金刚石、宝石和先进复合材料等具有优越的物理、化学和机械性能，在航空、航天、军工、电子、汽车和生物工程等领域正得到越来越广泛的应用，并且其应用还在不断向新的领域扩展。与此同时，人们开始探索特种加工方式来加工这些难加工材料。超声加工技术就是在此背景下发展起来的，实践证明，它是加工上述难加工硬脆材料的高效和经济有效的方法之一。

超声技术在工业中的应用开始于20世纪10～20年代，它是以经典声学理论为基础，同时结合电子技术、计量技术、机械振动和材料学等学科领域的成就发展起来的一门综合技术。超声技术的应用可划分为功率超声和检测超声两大领域。其中，功率超声是利用超声振动形成的能量使物质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者使这种状态改变加快的一门技术。功率超声在机械加工方面的应用，按其加工工艺特征大致分为2类，一类是带磨料的超声磨料加工(包括游离磨料和固结磨料)，另一类是采用切削刀具与其他加工方法相结合形成的超声复合加工。

关键词：超生加工 发展 特点及优势 应用潜能

一、超声加工技术的发展

1927年，美国物理学家伍德和卢米斯最早作了超声加工试验，利用超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔。但当时超声加工并未应用到工业上，直到大约1940年在文献上第一次出现超声加工(USM-Ultrasonic Machining)工艺技术描述以后，超声加工才吸引了大家的注意，并且逐渐融入到其他的工业领域。1951年，科恩研制了第一台实用的超声加工机，为超声加工技术的发展奠定了基础。

USM提供了比常规机械加工技术更多的优点。例如，导电和非导电材料它都可以加工，并且加工复杂的三维轮廓也可以像简单形状那样快速。此外，超声加工过程不会产生有害的热区域，同时也不会在工件表面带来化学/ 电气变化，而且加工时在工件表面上所产生的有压缩力的残余应力可以增加被加工零件的高周期性疲劳强度。

然而，在USM中必须供给磨料工作液，并且要保证加工过程中能有效清除刀具和工件

间隙中的切屑和磨损磨粒。因此，材料的去除速率相当慢，甚至于在切削深度较大时会停止工作。而且，在磨粒及切屑混合液的流通过程中，对已加工表面或者孔壁会造成二次磨蚀，导致工件加工精度的降低，尤其是小孔加工。此外，磨料工作液还会磨蚀刀具本身，它将引起刀具端面及径向的大量磨损，从而很难保证加工精度。

为了克服这些问题，P. Legge提出采用固结金刚石刀具，结合工件的旋转进行孔加工的方法，形成了最初的旋转超声加工。这种加工方法克服了普通超声加工中游离超硬磨料液在刀具和工件之间流通不畅，以及磨料对加工刀具和加工孔壁的磨蚀等问题，同时使加工精度和材料的去除率得到了显著提高。后来研制了一种具有旋转超声振动系统的超声加工机床，固结式金刚石刀具以一定的静压力作用到工件材料上，并以一定振幅作轴向超声频振动，同时还作相对于工件的高速旋转运动，并且冷却液不断地被输送到刀具和工件表面之间，这种方法已被证实是一种高效低成本的硬脆性材料加工方法。

因此，旋转超声加工技术一直倍受各国研究学者的关注。英、美、苏、德、日和中等国家己对超声旋转加工设备的研制以及工艺方法作了一些研究。

当前，旋转超声加工技术的应用范围，已由最初的旋转超声孔钻削加工，扩展到旋转超声磨削加工、旋转超声平面铣削加工等加工方式。

通过对超声加工刀具与工件间运动学关系的分析以及对加工工件表面质量和刀具磨损等方面的研究，大家普遍认为旋转超声加工的机理主要包含以下几个相互作用的因素：刀具头上金刚石磨料在超高加速度下对工件材料表面的锤击作用，致使工件的局部应力远远超过材料的断裂极限，这种应力使材料表面产生压痕，导致微细裂纹的产生、扩展，最终形成微观局部破碎去除;同时，金刚石刀具相对于工件材料的高速旋转，使得嵌入工件表面的磨粒在工件表面上划擦、磨抛以及撕扯工件材料，这种磨抛作用大大加速了微裂纹的扩展，造成了材料的宏观破碎去除。A.I.Markov，D. Prabhakar 和Z.J . Pei等人先后推导出基于脆性断裂去除模式的旋转超声钻削中材料去除率理论模型。后来Z . J . Pei等人研究发现在旋转超声钻削先进陶瓷中，材料的去除机理包括脆性去除和塑性去除，于是在1998 年提出了基于塑性变形去除模式的旋转超声钻削中材料去除率理论模型。此外，超声加工中工作液受刀具端面超声振动作用而产生高频、交变的正负液压冲击波和空化作用，促使工作液进入被加工材料的微裂缝，加剧了机械破坏作用，加工过程得到加强。而且，超声空化爆破作用和刀具的旋转运动使碎屑始终处于运动状态，同时阻止了碎屑的沉积过程，促进了碎屑在工作液中流动，加速了碎屑的排出，推进了加工的进行。上述几个加工机理的相互促进和综合作用，大大地提高了材料的去除率。

二、旋转超声加工的特点及优势

随着各种先进材料应用需求的不断扩大，激光加工、高压水切割、电火花加工、电子束加工和电化学加工等特种加工方法均得到了较快的发展，相比传统加工方法，其特色和优越性得到较好的展示。激光加工的特点是切缝小、速度快、能大量节省原材料和可以加工形状复杂的工件，但是加工表面热损伤很难控制;高压水切割的特点是切口质量高、结构完整性好以及速度快，特别适宜金属基复合材料的切割，但是加工系统复杂;电火花加工和电化学加工则要求加工工件具有导电性。旋转超声加工是集普通超声加工与磨粒磨削加工为一体的复合加工，是加工硬脆性材料的一种高效方法，相比其他特种加工方法，它具有其独特的优势：

(1)超声加工可以加工导电和非导电等各种硬脆性材料，如陶瓷、宝石、硅、金刚石和大理石等非金属材料;也适用于加工低塑性和硬度高于HRC40的金属材料，如淬火钢、硬质合金、钛合金等金属材料;

(2)由于工件材料主要依靠磨粒瞬时局部的冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小，切削热就少，不会因产生变形及烧伤而改变工件表面的化学/ 电性质，故加工精度和加工表面质量都比较好。与其他材料去除过程相比，超声加工能达到更高的精度和表面光洁度，同时还能延长刀具寿命;

(3) 旋转超声加工采用固结磨粒的刀具对加工工件进行高频、断续加工，是超声加工和切、磨削加工的复合加工方式，比单纯的超声加工和切磨削加工具有更突出的优势，可以有效地提高已加工表面的耐磨性和耐腐蚀性。同时，旋转超声加工的复合加工机理，更适宜于硬脆性材料的加工，其去除率可以达到普通切磨削的6～10倍，是普通超声加工材料去除率的10倍。

三、超声加工技术在航空航天制造中的应用潜能

现代航空航天制造业已不是传统意义上的机械制造业，它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学和管理学等学科的最新成就为一体的一个新技术与新兴工业的综合体。航空航天制造工程的发展水平对飞机、火箭、导弹、激光武器和航天器的可靠性和使用寿命的提高，综合技术性能的改善，研制和生产成本的降低，甚至总体设计思想能否得到具体实现均起着决定性的作用。

航空航天技术的发展对材料性能的要求愈来愈高，如比强度和比刚度高、有一定的耐高温和抗低温性能、有良好的耐老化和抗腐蚀能力、有足够的断裂韧性和良好的抗疲劳性能。因此，高温合金、钛合金、高强度钢、先进复合材料和工程陶瓷等材料得到了越来越广泛的应用。如碳基复合材料具有密度低、比强度和比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能好和结构尺寸稳定性好等优点，在航空领域获得了广泛的应用。截至2008年，波音B787飞机上复合材料的用量已突破性地达到了50%，其后空客公司制造的A350 飞机上复合材料的用量也将达到52%。

再者，功能晶体材料由于其优异的物理、化学和光学性能在航空航天、国防军工、信息、微电子及光电子等尖端科技领域得到越来越广泛而特殊的应用。如何实现光学晶体材料零件的高效精密与超精密加工已成为当前各国关注的新焦点。

对于功能晶体材料零件，除要求满足机械尺寸精度外，还要保证零件的光学功能特性，传统的加工工艺流程(磨削后进行研磨和抛光)工序多、周期长、成本高，相应地产品废品率较大，特别是脆性光学零件的精密磨削加工，容易造成加工表面和亚表面损伤。大量理论和试验研究表明，由于超声振动的引入，材料在加工过程中的变形行为、加工机制和刀具受力状态等会发生完全不同于常规机械加工的变化，具有特殊的工艺效果，如切削力小、切削热少，因而不会或者较少引起加工表面的热损伤以及由此引起的电/ 化学及光学性质的变化，从而可显著提高零件加工质量，并且加工过程平稳，刀具的使用寿命得以大幅度提高，是脆性材料精密、高效加工的一种有效方法。而如何利用这些优势实现光学晶体材料的精密超声加工，降低加工表面和亚表面质量损伤，并没有得到充分有效的发挥和应用。

近两年，国内军工企业也引进了几台高水平的旋转超声加工机床，尝试用于脆性材料的精密加工，但由于对超声加工机理和工艺缺乏系统的研究，使用效果并不理想。在超声加工机床和工艺参数范围既定的情况下，刀具参数的选择对于加工效果有着至关重要的影响。为了拓展超声加工在航空航天及军工国防领域的应用，单就超声加工刀具方面，作者认为应该从以下几个方面给予充分考虑。

1 超声加工刀具基体材料选择

在功率超声加工中，要求刀具必须能够承受高频交变载荷，有效传导由变幅杆传递过来的超声能量，因此，对刀具基体的尺寸、截面形状及材料等提出了特殊要求。功率超声加工主要考虑刀具与超声振动系统的匹配连接，使得超声能量得以有效传递，并且在刀具的输出端面上有最大的能量(振幅)输出。因此，要求刀具基体材料具有较低的声阻抗和较高的超声能量极限强度，否则会因为超声能量在传递过程中的耗损而引发刀具发热，严重时可导致刀具断裂、超声振动系统不工作甚至是超声波电源功率器件或线路的烧毁损坏。

由此，在超声加工的实际应用中，考虑上述旋转超声加工对金刚石刀具基体材料的要求，同时结合变幅杆的材料选择以及刀具与变幅杆的声阻有效匹配，需要合理选择金刚石刀具的基体材料。超声加工要求基体材料内部晶粒细小、匀质，不能出现内部裂纹或者气穴等缺陷，否则振动能量会产生反射和衍射，导致能量衰减剧增，从而无法实现超声能量的有效传递，并可能导致裂纹迅速扩展，致使刀具失效。必要时，要对材料进行适当的热处理，调质材料内部晶粒均匀性，降低材料的声阻抗，同时增大其强度。

2 超声加工刀具基体结构设计

旋转超声加工是超声振动和金刚石刀具切削相结合的高效加工方法，其去除率大大高于单一的传统超声加工和金刚石刀具切磨削加工方法。因此，提高排屑能力和金刚石刀具冷却效果是保证旋转超声加工效率和刀具寿命的重要手段。

根据不同功率大小超声加工机床的实际情况，从能量的有效传递和利用的角度出发，对刀具的结构参数进行合理设计，尤其是工作端面的优化设计，包括工作端面截面大小、形状、壁厚以及水槽的有无和大小等因素。刀具基体的结构设计，一方面要避免刀具结构参数设计不当造成的热和应力集中，另一方面要使得刀具有效地工作在换能振子的工作频带范围内。 3 超声加工刀具磨料层的制备

在旋转超声加工刀具的设计与制造方面，相比传统超硬磨料刀具在磨削和抛光加工中所引起的广泛注意力，目前关注的还比较少。而刀具作为材料去除的关键因素，其工作端面的几何参数、超硬磨料的种类和粒度、浓度以及制作的工艺等方面都关系到刀具的寿命以及加工表面质量的优劣。

目前，国内外用于旋转超声振动加工的工具均为电镀或者粉末冶金烧结而成的金刚石工具。但是，由于在电镀或者粉末冶金烧结中很难形成金属与金刚石磨料的有效化学冶金结合，因而电镀层或者金属结合剂对金刚石磨料的把持力较小，在较重负荷加工中，金刚石磨料的非正常脱落现象较为严重，导致工具磨损也较为严重，这些都直接制约了旋转超声加工的普及和推广。而钎焊金刚石工具能在结合界面上实现化学冶金结合，从根本上改善磨料、结合剂(钎焊合金材料)和基体三者间的结合强度，在高速高效率磨削中能够承受较大的负荷。作者在前期的旋转超声加工研究中，已经证实钎焊工具完全能够胜任旋转超声加工中的高频冲击加工，而且在加工过程中基本不存在磨粒的脱落和破碎磨损，其工作过程也较为平稳。这为航空和航天等高科技领域中广泛使用的功能晶体材料的精密加工提供了一个非常有利的条件。通过加工工艺参数的优化选择，配合高效钎焊工具的使用，能够克服在传统精密磨削晶体材料时，由于工具的自锐及砂轮上磨粒的破碎和脱落对加工表面的二次损伤，从而提高零件表面的完整性。

四、结束语

随着各行业对于新型材料需求的增加，超声加工技术的发展和研究也倍受关注，使得在超声加工工艺以及超声加工机床的研制方面取得了丰富的成果。但是，旋转超声加工相对其他特种加工方法在航空航天以及军工和国防工业中的应用，并没有凸现其固有的优势，在很大程度上受限于超声加工技术的发展相对缓慢，主要因为数字化高性能的超声加工机床出现时间不长，而且大功率超声加工机床稳定工作还存在一些需要攻克的难题。因此超声加工硬脆材料潜能的开发还有待于机床性能的进一步完善。

同样，超声加工刀具的研究相对于传统切磨削加工刀具而言也没有得到广泛的关注。而在超声加工中，实现刀具与超声振动系统之间的有效连接，能否平稳传递超声能量，是机床能否正常工作的关键所在。在刀具的设计与制造方面，可以借鉴传统超硬磨料刀具制作的工艺方法和相关的研究成果，结合超声加工的特点，对超声刀具的结构参数以及工作端面磨料层的制备，包括磨料的种类和粒度、浓度和制作工艺等方面因素作详尽的研究，从而有效地提高加工刀具的寿命，保证加工表面的质量。

我们相信，在超声加工机床性能日益完善的条件下，随着超声加工工艺条件的不断优化和提高 以及适宜于超声加工的刀具的开发和应用，超声加工技术的应用领域将得到大大的扩展，它必将在航空和国防工业中广泛使用的先进复合材料以及功能晶体材料的精密加工上大有作为。

参考文献：

[1] 周忆 米林 廖强 梁德沛 《航空精密制造技术》 2003 第1期 - 万方数据

[2] 关长石 费玉石《机械设计与制造》，2004，(06)，104-105

[3] 王宋 刘传绍《 现代焊接》2008，(09)，22-24

[4] 刘浩春 黄伟 杨墩 顾信《武汉理工大学报》2006，(07)，121-124

[5] 刘汉文 封功能《液压启动与密封》2008，(03)，52-54

[6] 卢红 邱良 彭光俊 《机械研究与应用》2007，(01)，57-58

[7] 左敦稳，黎向峰，赵剑峰. 今世加工技术[M] .北京：北京航空航天大学出版社,2002.7

[8] 刘晋春 白基成 郭永丰《特种加工》第五版2008,153-156

[9] 曾智江，朱三根. 微细技工技术的研究[M] .北京：高等教育出版社， 2007，12-24

[10]张建华主编，《精密与特种加工技术》 北京：机械工业出版社，2003

[11]王贵成，张银喜，《精密与特种加工》 武汉：武汉理工大学出版社，2001

[12]陈传梁主编，《特种加工技术》 北京科学技术出版社，1989

超声波加工技术论文篇二

超声波加工

摘要：超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。它能广泛应用于各个领域，特别对于一些常规加工方式无法完成的或者加工精度无法达到要求的工件。目前经过几十年的发展，超声波加工技术已逐步成熟，并已在一些要求条件高、加工工艺复杂、精度要求高的领域逐步发展起来，相信随着技术的发展它的应用范围及领域会越来越广。

关键词：超声波;研究前沿;应用领域

引言：超声波随着技术的发展越来越为人们所应用，他通过自身的一些特性一步步奠定自己在切削、拉丝模、深小孔加工等的地位。特别在现代这个迅猛发展的社会它的地位越来越重要，我们应该加快它的发展速度，为我们所用。

超声波加工(USM)是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。

与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。

一、超声波加工的原理

1.1 超声波概述

“超声波”这个名词术语，用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波，通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取决于发生器，实际用的最高频率的界限，是在5000MHz的范围以内。在不同介质中的波长范围非常广阔，例如在固体介质中传播，频率为25kHz的波长约为200mm;而频率为500MHz的波长约为0.008mm。

超声波和声波一样，可以在气体、液体和固体介质中传播。由于超声波频率高、波长短、能量大，所以传播时反射、折射、共振以及损耗等现象更显著。在不同的介质中，超声波传播的速度c亦不同，例如c空气=331m/s;c水=1430m/s

c铁=5850m/s。速度c与波长λ和频率f之间的关系可用下式表示：

c

f

超声波具有如下几种主要性质：

1、超声波能传递很强的能量;

2、超声波的空化作用;

3、超声波的反射、透射、折射;

4、超声波的衍射;

5、超声波的干涉和共振。

1.2 超声波加工原理

超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法，加工原理如图1.1所示。加工时，在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。

1.3 超声波的加工特点

1、加工范围广;

a.可加工淬硬钢、不锈钢、钛及其合金等传统切削难加工的金属、非金属材料;特别是一些不导电的非金属材料如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石及各种半导体等，对导电的硬质金属材料如淬火钢、硬质合金也能加工，但生产率低;

b.适合深小孔、薄壁件、细长杆、低刚度和形状复杂、要求较高零件的加工;

c.适合高精度、低表面粗糙度等精密零件的精密加工。

2、切削力小、切削功率消耗低;

由于超声波加工主要靠瞬时的局部冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热更小。

3、工件加工精度高、表面粗糙度低;

可获得较高的加工精度(尺寸精度可达0.005～0.02mm)和较低的表面粗糙度(Ra值为0.05～0.2)，被加工表面无残余应力、烧伤等现象，也适合加工薄壁、窄缝和低刚度零件。

4、易于加工各种复杂形状的型孔、型腔和成型表面等;

5、工具可用较软的材料做成较复杂的形状;

6、超声波加工设备结构一般比较简单，操作维修方便。

二、超声波研究现状及应用

2.1 超声波深小孔加工

在相同的要求及加工条件下,加工孔比加工轴要复杂得多。一般来说,孔加工

第2 / 6页

工具的长度总是大于孔的直径,在切削力的作用下易产生变形,从而影响加工质量和加工效率。特别是对难加工材料的深孔钻削来说,会出现很多问题。例如,切削液很难进入切削区,造成切削温度高;刀刃磨损快,产生积屑瘤,使排屑困难,切削力增大等。其结果是加工效率、精度降低,表面粗糙度值增加,工具寿命短。采用超声加工则可有效解决上述问题。

前苏联在20世纪60年代就生产出带磨料的超声波钻孔机床。在美国，利用工具旋转同时作轴向振动进行孔加工已取得了较好的效果。日本已经制成新型UMT-7三坐标数控超声旋转加工机，功率450 W,工作频率20 kHz，可在玻璃上加工孔径1.6 mm、深150 mm的深小孔，其圆度可达0.005mm，圆柱度为0.02 mm。英国申请了电火花超声复合穿孔的专利，该装置主要用于加工在导电基上有非导电层的零件，如在金属基上涂有压电陶瓷层的零件。整个加工过程分两个阶段进行：首先用超声振动将非导电层去除掉,当传感器感知金属层出现时，即改用电加工或电火花与超声复合的方法进行加工。该装置有效地解决了具有导电层和非导电层零件孔的加工问题。

2.2 拉丝模及型腔模具研磨抛光

聚晶金刚石拉丝模超声研磨抛光技术在国内外已获得广泛应用，新的超声研磨抛光方法和设备已出现。北京市电加工研究所提出的“超硬工具材料电火花超声波复合抛光方法”，其特点是：采用超声频信号调制高频电火花脉冲电源与超声加工复合进行聚晶金刚石拉丝模研磨抛光。该技术已获得国家专利，并在生产中获得应用。

2.3 难加工材料的超声波加工

金属和非金属硬脆材料的使用越来越广泛，尤其是陶瓷材料，具有高硬度、耐磨损、耐高温、化学稳定性好、不易氧化、腐蚀等优点。然而，由于工程陶瓷等难加工材料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，严重阻碍了应用推广。因此，国内外许多学者展开了对难加工材料加工方法的研究，其中以超声加工较多。

英国阿伯丁大学国王学院研究了超声钻削难加工材料时工艺参数对材料去除率的影响，建立了间断性冲击过程的非线性模型，对冲击力的特性进行了研究,提出了一种新的材料去除率的计算方法,

这种方法首次解释了材料去除率在较高的静态力作用下减小的原因。美国内布拉斯加大学和内华达大学对Al2O3陶瓷材料微去除量精密超声加工技术进行了研究。通过模拟陶瓷材料超声加工的力学特性对材料去除机制进行分析，研究发现，低冲击力会引起陶瓷材料结构的变化和晶粒的错位，而高冲击力会导致中心裂纹和凹痕。美国内布拉斯加大学还第一次分析了Al2O3陶瓷精密超声加工的机理、过程动力学以及发展趋势，并详细讨论了超声技术在陶瓷加工方面的应用情况。

2.4 超声波振动切削

超声振动切削作为新兴的特种加工技术，引起了国内外专家学者的广泛兴趣和极大关注。最早对振动切削进行比较系统的研究、可以称为振动切削理论与应用技术奠基人的是日本学者隈部淳一郎。他在20世纪50~60年代发表了许多振动切削方面的论文，系统地提出了振动切削理论，并成功地实现了振动车削、振动铣削、振动镗削、振动刨削、振动磨削等。随后美国也对振动切削进行研究，到20世纪70年代中叶，振动车削、振动钻孔、振动磨削、光整加工等均已达到实用阶段，超声加工在难加工材料和高精度零件的加工方面显示了很大的优越性，取得了一系列研究成果，并在生产中得到推广应用。

2.5超声波复合加工

将超声加工与其他加工工艺组合起来的加工模式，称为超声复合加工。超声复合加工，强化了原加工过程，使加工的速度明显提高，加工质量也得到不同程度的改善，实现了低耗高效的目标。

三、超声波加工技术发展趋势及应用

3.1 超声振动切削技术

长春汽车工业高等专科学校采用超声振动切削方法对一汽变速箱厂生产的一直齿齿轮的滚齿加工进行了工艺实验[31],通过生产现场各种工艺参数实验及小批量试生产,收到了令人满意的效果,具有较好的发展前景。

北京装甲兵技术学院提出了一种超声微振车削的新工艺[2]。其特点是功率小(50 W)、振幅小(2~5μm),同样可获得一般振动车削的效果。

超声振动切削的应用也日趋广泛，对其的研究主要应从几个方面进行：

1、研制和采用新的刀具材料;

2、研制和采用高效的振动切削系统;

3、对振动切削机理深入研究;

4、超声椭圆振动切削的研究与推广;

5、超声铣削加工技术。

3.2 超声复合加工技术

目前,超声波、电火花、机械三元复合加工技术的研究较快的发展。哈尔滨工业大学利用超声波、电火花、磨料复合加工技术对不锈钢进行加工，解决了电火花小孔加工中生产率和表面质量不能兼顾的矛盾,具有较好的应用前景。

在现代工业生产中，模具的应用越来越广泛，对模具精度和表面质量的要求也越来越高。在模具制造过程中，光整加工工序对模具质量影响很大，但目前该工序在很大程度上仍依赖手工完成，严重制约了模具加工技术的发展，是一个亟待解决的关键技术问题。华南理工大学采用超声电解磨粒复合加工技术对形状复杂的模具型腔光整加工进行了研究，并利用BP神经网络对加工表面粗糙度进行预测，取得了良好的效果。超声电解磨粒复合加工技术是一项新的复合加工技术，能较好地适用于形状复杂的模具型腔光整加工。但尚有许多方面的内容有待进一步研究，特别是各主要加工因素对加工表面粗糙度的影响以及表面金属的去除机理等。

随着科学技术的发展，人们开始探索对环境污染少甚至没有污染的加工方法，研究新的工作介质是解决这个问题的关键。近年来，日本东京农工大学对气体介质中的电火花脉冲放电加工技术进行了开创性的研究，为电火花脉冲放电加工技术开辟了一条崭新的途径，但该技术在加工过程中短路频繁。山东大学的研究人员将超声振动引入气中放电加工技术，并对工程陶瓷进行了加工实验研究，加工效率提高了近3倍。但该工艺的加工机理有待于进一步研究。

3.3微细超声加工技术

以微机械为代表的微细制造是现代制造技术中的一个重要组成部分，晶体硅、光学玻璃、工程陶瓷等硬脆材料在微机械中的广泛应用，使硬脆材料的高精度三维微细加工技术成为世界各国制造业的一个重要研究课题。目前可适用于硬脆材料加工的手段主要有光刻加工、电火花加工、激光加工、超声加工等特种加工技术。超声加工与电火花加工、电解加工、激光加工等技术相比，既不依赖于材料的导电性又没有热物理作用，与光刻加工相比又可加工高深宽比三维形状，这决定了超声加工技术在陶瓷、半导体硅等非金属硬脆材料加工方面有着得天独厚的优势。随着东京大学生产技术研究所增泽研究室对微细工具的成功制作及微细工具装夹、工具回转精度等问题的合理解决，采用工件加振的工作方式在工程陶瓷材料上加工出了直径最小为5μm的微孔，从而使超声加工作为微细加工技术成为可能。

四、结语

由于超声振动切削具有许多独特的特点，因而大大扩大了切削加工的范围。例如，对于难切削的材料淬硬钢、钛及其合金、石材等都能加工;能加工易变形的细长杆，小径深孔和薄壁零件;对要求精度及光洁度高且不生成毛刺的零件，可用超声方法加工;对于一些形状复杂、要求精度高而又不宜用其他方法加工的零件，用超声振动切削可以解决。

超声波在机械加工的应用除上面这些外，还在金属件连接，工件抛光，挤压和铆镦等方面均有很好的应用。相信随着科技的进步和技术的不断完善超声波加工技术将会在更多的领域突显他的优势。

现代加工技术这一门课是给我们大学画上圆满句号的一课，从大一入学我们学习的公共基础课、专业课、学科任选课，大多数都是对一门知识的入门认识，我们学习的基本上都属于在社会上已经淘汰的设备、仪器，通过那些传统的机械来学习加工原理。而现代加工技术则是让我们接触到了当今最先进的加工技术、加工原理，让我们对世界科技的发展层次有了更清晰的了解。所以能够有这样一门课程，是对我们的知识的归纳、总结，也是对我们的一种鞭策。通过对电火花加工、电子束加工、激光加工以及超声波加工等特种加工的学习，我们了解到更多的先进加工技术，对自己的思维是一种扩展，也利于以后在实际问题中寻找更好的解决方法。

超声波加工技术的发展及其取得的应用成果是可喜的。一方面,材料加工的客观需要推动和促进了超声加工技术的发展;另一方面，超声加工技术提供的强有力加工手段，又促进了新材料的发展。展望未来，超声加工技术的发展前景是美好的。

参考文献：

【1】 先进制造系统导论 蒋志强，施进发，王金凤 科学出版社

【2】 郭伟.超声检测.北京：机械工业出版社，2009

【3】 陈华. 钢结构薄板焊缝超声波探伤的研究[J]. 福建建设科技, 2010,(02)

【4】 环川建, 张强, 江向华. 小径薄壁管焊接接头超声波探伤方法探讨[J]. 无损探伤, 2005,(06)

【5】 熊秀文, 杨定辉, 陈维, 廖常国. 超高层房建钢结构焊缝超声波探伤[J]. 安装, 2011,(02)

【6】 王晓锋, 郭长青, 李子龙. 循环载荷下钢结构焊接接头的疲劳失效分析

[J]. 山西建筑, 2009,(17)

【7】 吴晓瑞. 超声波探伤在钢结构焊接中的应用[J]. 宁夏机械, 2009,(04)

【8】 陈宏宇. 铸件超声波探伤方法的分析与应用[J]. 宁夏机械, 2006,(04)

【9】 史亦伟.超声检测[M]北京.机械工业出版社,2005年

【10】 庞勇.超声成像方法综述[N]华北工学院测试技术学报,2005年，

【11】 胡天明.超声检测.武汉测绘科技大学出版社，1994

【12】 张正. 超声波探伤信号的数字处理技术的研究[D]. 天津大学, 2007 .

【13】 储少岩编:电声换能器原理(无损检测专业用),1987.1 南昌航空工业学院

【14】 范百刚编著:超声原理与应用,江苏科学技术出版社,1985.6第一版

【15】 金长善编著:超声工程,哈尔滨工业大学出版社,1989.7第一版

【16】 J.克劳特克洛默,H.克劳特克洛默著,李靖等译:超声检测技术,广东科技出版社,1984.9第一版

【17】 同济大学声学研究室编:超声工业测量技术,上海人民出版

社,1979.9第一版

【18】 1987.5:超声探伤用探头性能测试方法(ZBY231-84)

【19】 1987.6:超声探伤用探头型号命名方法(ZBY344-84)

【20】 1988.1:TR探头延迟块磨成圆弧面后各参数的变化

【21】 1988.4:一种具有五个可调动自由度的探头调节机构

【22】 1988.10:一种解决斜探头磨损的方法