超聲振動加工在磨削領域國內專利技術發展趨勢分析

摘 要：超聲振動磨削技術主要應用于硬脆材料及非金屬材料的加工。超聲振動的應用，實現了對難加工材料的加工，提高了加工效率和精度。本文首先分析了超聲振動加工的關鍵技術及其分類，再對國內的專利申請總量和分布以及各技術分支的發展趨勢進行了分析，最后對超聲振動磨削加工的發展進行了展望。

關鍵詞：超聲振動；磨削加工；專利；發展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.027

超聲振動磨削加工主要由超聲波發生器產生的高頻電振蕩信號經超聲換能器轉換成超聲頻機械振動，超聲振動振幅由變幅桿放大后驅動磨削工具產生相應頻率的振動，使刀具與工件之間形成周期性的切削[1]。本文將從超聲振動磨削加工關鍵技術分析和超聲振動磨削加工發展趨勢兩個方面進行分析。

1 超聲振動磨削加工關鍵技術分析

超聲振動系統由換能器、變幅桿和工具頭等部分組成， 是超聲設備的核心部分。

根據磨削工具的不同，超聲振動磨削加工可分為三大類：①超聲振動砂輪磨削加工，例如廣東工業大學申請的專利（CN101823216A）一種超聲磨削設備，②超聲振動磨料加工，例如湖南大學申請的專利（CN101844320A）中涉及的一種曲面零件的精密高效拋光方法及裝置，③超聲振動復合加工，例如北京市電加工研究所申請的專利（CN1007135U）中涉及的一種電火花超聲波復合技工方法及脈沖與超聲波發生裝置。

而超聲振動砂輪磨削加工根據超聲源的不同則又分為一維、二維、三維超聲振動磨削；超聲振動磨料加工利用超聲振動工具在有磨料的液體介質中或干磨料中產生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產生的氣蝕作用來去除材料[2]，其最為典型的應用為采用超聲振動拋光液去除毛刺；超聲復合加工則根據復合介質的不同分為超聲復合電加工和超聲復合束流加工。

2 超聲振動磨削加工發展趨勢

2.1 超聲振動磨削加工發展趨勢

從圖1超聲振動磨削加工專利申請總量年度發展趨勢來看，超聲振動磨削加工申請自1987年在中國出現以來，其技術發展經歷了三個階段：1987-1999年為摸索階段，在此期間國內申請量較小；2000-2010年為穩步增長階段，在此期間隨著國內超聲振動加工的普及，其在磨削領域應用逐步完善；2011-2014年為大量申請階段，隨著需求量的增加，在此期間，國內的申請量出現井噴式增長。

2.2 超聲振動磨削加工國內申請分布

國內浙江、江蘇、廣東、北京制造業發達的省市相關申請較多。河南的相關申請也很多，其申請人主要集中在高校。

2.3 超聲振動磨削加工各分支發展趨勢

超聲振動磨削加工中，砂輪磨削加工發展申請量較多，呈逐步上升的趨勢。而超聲振動磨料磨削和超聲振動復合磨削加工則從2004才開始逐步發展。

2.3.1 超聲振動砂輪磨削加工發展趨勢

超聲振動砂輪磨削加工是對工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動進行振動加工，從而實現工件的材料磨削。

根據超聲振動源的不同，又分為一維、二維、三維加工。從圖3可以看出，一維超聲振動磨削加工的應用較為廣泛，而二維超聲振動磨削加工的申請量較小，三維超聲振動磨削加工最少。其中二維超聲振動磨削加工的興起，主要是因為超聲橢圓振動加工的廣泛應用。

2.3.2 超聲振動磨料加工發展趨勢

2008、2012年關于超聲振動磨料加工的申請量呈跳躍式增長。這主要是因為，采用超聲振動去除毛刺的廣泛應用。

2.3.3 超聲振動復合加工發展趨勢

超聲振動復合加工是指同時在加工部位上組合兩種或將兩種以上的不同類型能量對工件材料進行加工的工藝方法。其能夠大大提高加工的效率和穩定性。根據材料加工需求，其主要分為兩大類，即與電火花或者電解等的電加工復合、與磁流變或者激光等的束流加工的復合。從2004年開始，超聲復合加工申請量逐步增加。

3 結語

縱觀超聲振動磨削加工國內申請分布，今后的發展趨勢可歸納為：①進一步改善超聲振動系統，同時在超聲振動砂輪磨削加工方面進一步拓展三維超聲振動磨削；②進一步加強針對超聲振動磨料加工和超聲振動復合加工的研究。

參考文獻：

[1]李宗智.超聲振動研磨的研究[J].金剛石與磨料磨具工程，1995

（05）：88-89.

[2]張勤儉，楊小慶等.超聲加工技術的現狀及其發展趨勢[J].電加工與模具，2012（05）：11-15.

作者簡介：胡琰琰（1987-），女，碩士，實習研究員，研究方向：機床方向的實質審查。