超聲加工技術的應用及發展

紀能健 閆志剛

摘 要：當前社會由于科學和技術的不斷發展，傳統的加工技術也有了質的飛躍。但是隨著科技投入加大，技術方法也在不斷革新，超聲加工技術也順勢有了更大的發展空間。相比較傳統加工技術而言，超聲加工技術的應用也越來越廣泛，涉及到半導體工業，航空制造業，醫療工業以及汽車制造等多產業領域。本文主要根據近年來超聲加工技術的應用情況，對超聲加工技術的發展趨勢進行進一步的探討。

關鍵詞：超聲加工技術;應用;發展趨勢

一、概述

了解超聲加工技術，首先就必須得了解超聲波加工。超聲波加工簡單來說就是一種加工方法，超聲加工是利用超聲振動的工具，帶動工件和工具間的干磨料或帶有磨料的液體介質，沖擊、拋磨工件的被加工部位，使其局部材料被蝕除而成粉末（氣蝕作用）來去除材料，或在工具或工件上沿著一定的方向施加超聲頻振動的加工方法，或者通過超聲波振動來達到工件結合的一種加工方法[1]。

超聲加工技術起源于20世紀50年代，經過了60多年的發展歷程，現如今在國內和國外均受到工程人員和專家的關注。這一種比較新興的特種加工技術，也越來越成為機械制造領域的重要發展方向。此外，對于未來多領域行業如航空航天、食品包裝等也都有著極其重要的意義。

二、超聲加工技術的應用

本文主要從四個方面來講述超聲加工技術，分別是難加工材料的加工、弱剛性結構件的加工、超聲表面光整強化加工、以及其他應用方面。

（一）難加工材料的加工應用

加工材料通常包括高溫合金、高強鋼、陶瓷材料等。這些材料一般都具有相同的特征，大多數都是硬度很高，強度高，很難受到磨損，抗氧化能力強，以及能夠很好的耐腐蝕，耐熱的。正是由于這些優點，這些材料被廣泛地應用到機械、國防、航空或者工業等各種領域[2]。但也正因為其較高的硬度和自身的脆性，這些材料在加工過程中在很大程度上會損害原材料的價值，不能發揮其自身的最大效益。有研究表明，超聲加工技術可以降低切削與加工帶來的損傷，從而減少刀具的磨損量，也能在一定程度上降低脆性材料的破損程度，此外對于材料表面微裂紋的產生也有一定的減少作用。并且超聲波加工技術，能夠提升加工質量和效率。

（二）弱剛性結構件的加工應用

弱剛性結構件的加工對于眾多學者來說一直以來都是一個困惑點，由于其自身的結構原因，在加工過程中。會由于較差的剛性導致變形。常見的包括超聲長零件、薄壁型零件、微小型零件，復雜曲面件等。超聲加工技術則可以克服剛性差這一弱點，且針對弱剛性結構件，主要有深小孔加工技術和零壁型加工技術兩種類型。

深小孔加工相對來說加工過程比較繁瑣，深徑比大于5的則就為深孔。在深孔加工過程中，也存在著像散熱困難、容易變形、排屑不易等都是比較常見的現象，尤其比較難以應對的則是難加工材料的大深徑比。采用超聲加工技術，則可以避免以上問題。目前國內學者已經研究出超聲振動、超聲電火花復合加工裝置、深腔加工的超聲振動系統方案等，將其工藝用于加工過程中，可完美的解決弱剛性結構件加工的問題[3]。

零壁型零件一般是指壁厚小同時質量又很輕的零件，其通常壁厚不會超過2mm。由于其自身質量輕，這種零件在航空和航天工業領域的應用比較廣泛。但也正由于其剛度差，零件薄的特點，所以導致在加工過程中，導軌和切削參數會很容易產生誤差，從而影響表面質量。針對這樣的問題，目前學者也研究出了相關的工藝來進行改良和克服，例如超聲輔助磨削實驗。超聲橢圓振動銑削方法等。

（三）超聲表面光整強化加工應用

零件的表面往往會影響零件內部的質量，其表面的耐磨程度、以及密封性等特征往往會對質量產生根本的影響。超聲表面光整強化加工技術，是指對零件的表面進行光整調整，強化抗疲勞的表面。目前在這方面的應用主要有超聲噴丸技術和超聲滾壓強化技術。前者是通過大功率超聲來對表面進行噴丸處理，從而強化表面質量的一種強技術。后者則是通過施加與壓力和高頻的沖擊力來進行變形和強化，從而提高零件的表面強度，提高質量和效率。

（四）其他應用

除了上述三個方面的加工應用，其他的應用還包括超聲波焊接加工，磨料沖擊加工等。超聲波焊接按照材料進行分類，則又可以分為兩大類，分別是金屬和塑料焊接。金屬焊接通常是對鋁合金進行焊接，不使用焊條，通過破除表面氧化膜來實現自動焊接。聲波塑料焊接目前應用比較廣泛的有食品包裝，航空航天等領域。這種焊接方法主要是通過聲能和熱能的互相轉換，將塑料融化最后連接在一起的焊接方法。

磨料沖擊加工是指通過超聲波振動直接去除表面的磨粒，平滑表面來完成高精度研拋的過程。國內提出一種名叫軟性磨力流超聲強化的方法，通過這種方法，可以極大地減少加工時間，提高精度和工作的效率。

三、超聲加工技術的發展

隨著科技的不斷發展，超聲加工以其自身的獨特優勢，在各個行業領域的應用也更加普遍，像半導體工業、汽車制造業、航空航天業、醫療行業等。而隨著超聲波加工技術的廣泛使用，一些新型技術也得到了研發的運用，目前主要有：超聲復合加工技術、微細超聲加工技術、旋轉超聲加工技術、超聲骨切削技術等。這四種技術分別在硬脆材料、微小型材料、機床加工、高強度納米復合材料方面有著顯著優勢，未來發展趨勢也是一片光明。

四、結論

科技進步的同時，超聲加工也在不斷與時俱進。加工材料的難易程度推動著超聲加工技術的不斷發展，而加工技術的不斷革新也催生著新材料的拓展的應用。可以超聲加工技術對工業的推動作用，也是促進經濟發展的一個重要方面，其應用和發展值得我們去關注。

參考文獻：

[1]黎秉彝.超聲加工技術應用的發展研究[J].機電信息，2017（27）：84-85+87.

[2]房善想，趙慧玲，張勤儉.超聲加工技術的應用現狀及其發展趨勢[J].機械工程學報，2017，53（19）：22-32.

[3]王哲，張華，錢雙慶，曹紅蓓.超聲復合特種加工技術的研究及其發展趨勢[J].現代制造工程，2017（01）：157-162.