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為什么超聲波也能被用于精密加工?

發布日期: 2023-09-12

在氣體、液體、固體等中傳播的振動稱為“聲波”。在聲波中,那些耳朵聽不到的高頻聲波稱為“超聲波”。
現在超聲波不僅用于清洗和測量,還用于精密加工等各種用途。此次我們來說說超聲波加工。

 

 


何謂超聲波加工

工業材料的加工方法多種多樣,如機加工、磨削加工、沖壓加工等。超聲波加工是將超聲波振動結合到這些傳統加工方法中的技術。例如,超聲波機加工,就是在超聲波振動加工工具的狀態下來切削被加工物的。
在進行超聲波加工時,使用超聲波振子(通常稱為BL振子)產生超聲波,向壓電元件提供電信號,可以產生15kHz~200kHz的超聲波振動。

 


超聲波加工的種類

各種超聲波加工中的磨粒加工和機加工,即去除加工,以及結合超聲波的粘合技術。

傳統的加工技術包括去除加工(去除原料上不需要的部分的方法)和非去除加工(使原料變形的方法)。超聲波可以應用于這些方法中的任何一種。
這次,我們將介紹各種超聲波加工中的磨粒加工和機加工,即去除加工,以及結合超聲波的粘合技術。

  • 超聲波磨粒加工
    超聲波磨粒加工是一種將超聲波融入磨粒加工(磨粒是高硬度的顆粒,用磨粒去一點一點切削掉的方法)中的方法。
    超聲波磨粒加工,即在超聲波振動的狀態下,刀具和被加工物體之間注入磨粒的懸濁液。振動中的刀具與磨粒發生碰撞,與此同時,從刀具中獲得了振動能量的磨粒與加工原料碰撞并一點點切削掉表面。切削原料的本質是磨粒,超聲波起輔助作用。
    在超聲波磨粒加工中,通過使用超聲波的高頻振動,可以進行比以往更精細、更高精度的加工。也可以加工以往難以加工的硬脆材料。此外,處理時間也大大減少。
  • 超聲波機加工
    超聲波機加工是機加工和超聲波振動的結合。在刀具受到超聲波振動的狀態下切削被加工物體。
    在超聲波機加工中,超聲波振動通常施加在與切削方向相同的方向上。即,刀具按照振動周期反復接觸被加工物體(對被加工物體進行切削)和遠離被加工物。這樣,在超聲波切削中,存在刀具與被加工物體分離的時間,從而減小了施加在刀具上的力,提高了加工精度。同樣的,切削產生的熱量也減少,因此可以防止被加工物體因過熱而變質等。
    綜上所述,超聲波機加工具有許多優點。但是由于存在不進行切削的時間,因此存在加工耗時較長的缺點。
  • 超聲波接合
    超聲波接合是一種將超聲波振動融入壓焊(一種使樣品彼此緊貼并通過施加壓力進行接合的方法)中的技術。壓焊的注意點是,要清除樣品表面的污垢,使之保持清潔狀態,在這種情況下超聲波才會發揮作用。
    超聲波接合主要用于金屬之間的接合。將兩個金屬樣品上下重疊后,對上面的樣品施加超聲波振動。當在該狀態下將上部樣品按壓于下部樣品上時,超聲波振動將兩個樣品表面的污垢(氧化膜等)去除。這樣原料就能接合得漂亮。
    超聲波接合不使用熱能,因此可以接合具有不同熔點的異種金屬。而且接合不會改變金屬的機械性能或導電性能。
  • 超聲波熔接
    在超聲波熔接中,樹脂因超聲波產生的振動和壓力而部分熔化、熔接。幾乎所有的熱可塑性樹脂都可以加工。其特點是,由于加熱范圍小,對樹脂零件的熱影響較少。

 


超聲波加工的用途

在超聲波磨粒加工和超聲波機加工中,可以利用超聲波的高頻振動進行細致且高精度的加工。

在超聲波磨粒加工和超聲波機加工中,可以利用超聲波的高頻振動進行細致且高精度的加工。因此,這些技術被廣泛應用于陶瓷、寶石、玻璃等硬脆材料的加工。由于不會產生熱并且可以獲得干凈的剖面,因此也用于樹脂機加工。
另一方面,超聲波接合適用于電池、功率器件和基板等精細電觸點部的金屬接合。在鋰離子電池中的應用也備受關注。

 


總結

超聲波加工是一種結合了傳統加工方法和超聲波的技術,具有傳統加工方法所沒有的一些優點和特征。
除了這里介紹的方法之外,還有各種超聲波處理方法。使用超聲波進行加工時,請務必了解每種方法的特點,然后再選擇最合適的方法。

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