微細超聲加工微細超聲加工在原理上與常規(guī)的超聲加工相似,是通過減小工具直徑、磨料粒度和超聲振幅來實現(xiàn)。以微機械為**的微細制造是現(xiàn)代制造技術(shù)中的一個重要組成部分,晶體硅、光學玻璃、工程陶瓷等脆硬材料在微機械中的廣泛應用,使脆硬材料的高精度三維微細加工技術(shù)成為世界各國制造業(yè)的一個重要研究課題。超聲加工與電火花加工、電解加工、激光加工等技術(shù)相比,既不依賴于材料的導電性又沒有熱物理作用,與光刻加工相比又可加工高深寬比三維形狀,這決定了超聲加工技術(shù)在陶瓷、半導體硅等非金屬硬脆材料加工方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。超聲波發(fā)生器(也稱為超聲波電源)將220V的市電轉(zhuǎn)換為高頻電流傳遞給壓電陶瓷。蘇州切割換能器使用
超聲波可用于將不同金屬焊接在一起,無需焊料和助焊劑或特殊準備。該過程與塑料焊接的不同之處在于兩個部件平行于界面振動。這是在它們之間產(chǎn)生摩擦的更直觀合乎邏輯的方法,但摩擦加熱不被認為是該過程的主要機制——熔化(甚至軟化)大多數(shù)金屬所需的溫度將很難達到。相反,該機制被認為是擴散鍵合:當兩個表面緊密接觸時,每個部分的原子都會擴散到另一個部分。超聲波通過分解表面氧化層促進這種緊密接觸,使“原始”金屬接觸。北京大功率超聲波換能器設計超聲波變幅桿按照振動類型,可分為縱振、扭振、彎振以及復合振動(縱彎、縱扭、彎扭),四類。
超聲空化,是指當超聲波能量足夠高時,存在于液體中的微小氣泡(空化核)在超聲場的作用下振動、生長并不斷聚集聲場能量,當能量達到某個閾值時,空化氣泡急劇崩潰閉合的現(xiàn)象??栈瘹馀莸膲勖s0.1μs,它在急劇崩潰時可釋放出巨大的能量,并產(chǎn)生速度約為110m/s、有強大沖擊力的微射流,使碰撞密度高達1.5kg/cm2??栈瘹馀菰诩眲”罎⒌乃查g產(chǎn)生局部高溫高壓(5000K,1800atm),冷卻速度可達109K/s。超聲波這種空化作用**提高非均相反應速率,實現(xiàn)非均相反應物間的均勻混合,加速反應物和產(chǎn)物的擴散,促進固體新相的形成,控制顆粒的尺寸和分布。
只有當振動垂直于表面時,超聲波才有效——對于圓柱罐,這意味著開發(fā)一個將在徑向方向振動的圓形模具。與其他高功率應用一樣,所有工具都必須共振,因此所需的共振模式是均勻的箍膨脹/收縮。我們很快發(fā)現(xiàn),雖然設計一個芯片在超聲波設備的頻率下以這種模式共振相當容易,但排除其他振動模式是一個重大挑戰(zhàn)!另一個困難是隨著整個模具的膨脹和收縮,沒有方便的節(jié)點(靜止)點可用于安裝它。這是通過使用管狀安裝系統(tǒng)解決的,該系統(tǒng)本身在與模具相同的頻率下共振。二分之一波長的縱振變幅桿有以下幾種設計方案;
超聲波的幾個主要參數(shù):波長:在20℃的空氣中,λ≤2cm(在實際應用中因為效果相似,通常把λ≤3.4cm,即f≥10KHz的機械波也稱為超聲波)波速:在20℃的空氣中,v=343m/s,在液體中速度更快,在固體中速度**快功率密度:定義式為p=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2),通常p≥0.3W/cm2。在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物進行清洗,其原理可用“空化”現(xiàn)象來解釋:超聲波在液體中的機械波導致的壓強達到一個大氣壓時,其功率密度為0.35W/cm2,這時超聲波的峰值就可達到真空或負壓,但實際上無負壓存在,因此在液體中產(chǎn)生一個很大的壓力,將液體分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空,它在超聲波反向達到比較大時破裂,由于破裂而產(chǎn)生的強烈沖擊將物體表面的污垢撞擊下來。這種由無數(shù)細小的空化氣泡破裂而產(chǎn)生的沖擊波現(xiàn)象稱為“空化”現(xiàn)象。太小的聲強無法產(chǎn)生空化效應。傳統(tǒng)解析法,等效電路法 替代法(機械阻抗相等法) 傳輸矩陣法 有限元法(finite element)。廣東28k超聲波換能器加工
其他方法:變幅桿設計方法還有傳輸線法、分段趨近法、 表觀彈性法等。蘇州切割換能器使用
超聲振動磨削按砂輪的振動方式可分為縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動。前者是直接利用換能器和變幅桿在超聲波發(fā)生器的作用下,產(chǎn)生縱向振動進行磨削,一般用于平面磨削;后者利用磁致伸縮換能器在超聲波發(fā)生器的作用下,直接產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動,經(jīng)扭轉(zhuǎn)變幅桿放大后用于磨削的方法,一般多用于內(nèi)外圓磨削。按超聲波施加的對象可以分為施加在砂輪和施加在工件上。由于超聲波振動施加于砂輪上比施加于工件上容易實現(xiàn),可以避免因工件尺寸形狀不同產(chǎn)生對超聲振動系統(tǒng)的影響,所以一般將超聲波振動施加于砂輪上,使砂輪沿工件軸向作高頻振動。蘇州切割換能器使用
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