超声加工技术的应用及发展

纪能健 闫志刚

摘 要：当前社会由于科学和技术的不断发展，传统的加工技术也有了质的飞跃。但是随着科技投入加大，技术方法也在不断革新，超声加工技术也顺势有了更大的发展空间。相比较传统加工技术而言，超声加工技术的应用也越来越广泛，涉及到半导体工业，航空制造业，医疗工业以及汽车制造等多产业领域。本文主要根据近年来超声加工技术的应用情况，对超声加工技术的发展趋势进行进一步的探讨。

关键词：超声加工技术;应用;发展趋势

一、概述

了解超声加工技术，首先就必须得了解超声波加工。超声波加工简单来说就是一种加工方法，超声加工是利用超声振动的工具，带动工件和工具间的干磨料或带有磨料的液体介质，冲击、抛磨工件的被加工部位，使其局部材料被蚀除而成粉末（气蚀作用）来去除材料，或在工具或工件上沿着一定的方向施加超声频振动的加工方法，或者通过超声波振动来达到工件结合的一种加工方法[1]。

超声加工技术起源于20世纪50年代，经过了60多年的发展历程，现如今在国内和国外均受到工程人员和专家的关注。这一种比较新兴的特种加工技术，也越来越成为机械制造领域的重要发展方向。此外，对于未来多领域行业如航空航天、食品包装等也都有着极其重要的意义。

二、超声加工技术的应用

本文主要从四个方面来讲述超声加工技术，分别是难加工材料的加工、弱刚性结构件的加工、超声表面光整强化加工、以及其他应用方面。

（一）难加工材料的加工应用

加工材料通常包括高温合金、高强钢、陶瓷材料等。这些材料一般都具有相同的特征，大多数都是硬度很高，强度高，很难受到磨损，抗氧化能力强，以及能够很好的耐腐蚀，耐热的。正是由于这些优点，这些材料被广泛地应用到机械、国防、航空或者工业等各种领域[2]。但也正因为其较高的硬度和自身的脆性，这些材料在加工过程中在很大程度上会损害原材料的价值，不能发挥其自身的最大效益。有研究表明，超声加工技术可以降低切削与加工带来的损伤，从而减少刀具的磨损量，也能在一定程度上降低脆性材料的破损程度，此外对于材料表面微裂纹的产生也有一定的减少作用。并且超声波加工技术，能够提升加工质量和效率。

（二）弱刚性结构件的加工应用

弱刚性结构件的加工对于众多学者来说一直以来都是一个困惑点，由于其自身的结构原因，在加工过程中。会由于较差的刚性导致变形。常见的包括超声长零件、薄壁型零件、微小型零件，复杂曲面件等。超声加工技术则可以克服刚性差这一弱点，且针对弱刚性结构件，主要有深小孔加工技术和零壁型加工技术两种类型。

深小孔加工相对来说加工过程比较繁琐，深径比大于5的则就为深孔。在深孔加工过程中，也存在着像散热困难、容易变形、排屑不易等都是比较常见的现象，尤其比较难以应对的则是难加工材料的大深径比。采用超声加工技术，则可以避免以上问题。目前国内学者已经研究出超声振动、超声电火花复合加工装置、深腔加工的超声振动系统方案等，将其工艺用于加工过程中，可完美的解决弱刚性结构件加工的问题[3]。

零壁型零件一般是指壁厚小同时质量又很轻的零件，其通常壁厚不会超过2mm。由于其自身质量轻，这种零件在航空和航天工业领域的应用比较广泛。但也正由于其刚度差，零件薄的特点，所以导致在加工过程中，导轨和切削参数会很容易产生误差，从而影响表面质量。针对这样的问题，目前学者也研究出了相关的工艺来进行改良和克服，例如超声辅助磨削实验。超声椭圆振动铣削方法等。

（三）超声表面光整强化加工应用

零件的表面往往会影响零件内部的质量，其表面的耐磨程度、以及密封性等特征往往会对质量产生根本的影响。超声表面光整强化加工技术，是指对零件的表面进行光整调整，强化抗疲劳的表面。目前在这方面的应用主要有超声喷丸技术和超声滚压强化技术。前者是通过大功率超声来对表面进行喷丸处理，从而强化表面质量的一种强技术。后者则是通过施加与压力和高频的冲击力来进行变形和强化，从而提高零件的表面强度，提高质量和效率。

（四）其他应用

除了上述三个方面的加工应用，其他的应用还包括超声波焊接加工，磨料冲击加工等。超声波焊接按照材料进行分类，则又可以分为两大类，分别是金属和塑料焊接。金属焊接通常是对铝合金进行焊接，不使用焊条，通过破除表面氧化膜来实现自动焊接。声波塑料焊接目前应用比较广泛的有食品包装，航空航天等领域。这种焊接方法主要是通过声能和热能的互相转换，将塑料融化最后连接在一起的焊接方法。

磨料冲击加工是指通过超声波振动直接去除表面的磨粒，平滑表面来完成高精度研抛的过程。国内提出一种名叫软性磨力流超声强化的方法，通过这种方法，可以极大地减少加工时间，提高精度和工作的效率。

三、超声加工技术的发展

随着科技的不断发展，超声加工以其自身的独特优势，在各个行业领域的应用也更加普遍，像半导体工业、汽车制造业、航空航天业、医疗行业等。而随着超声波加工技术的广泛使用，一些新型技术也得到了研发的运用，目前主要有：超声复合加工技术、微细超声加工技术、旋转超声加工技术、超声骨切削技术等。这四种技术分别在硬脆材料、微小型材料、机床加工、高强度纳米复合材料方面有着显著优势，未来发展趋势也是一片光明。

四、结论

科技进步的同时，超声加工也在不断与时俱进。加工材料的难易程度推动着超声加工技术的不断发展，而加工技术的不断革新也催生着新材料的拓展的应用。可以超聲加工技术对工业的推动作用，也是促进经济发展的一个重要方面，其应用和发展值得我们去关注。

参考文献：

[1]黎秉彝.超声加工技术应用的发展研究[J].机电信息，2017（27）：84-85+87.

[2]房善想，赵慧玲，张勤俭.超声加工技术的应用现状及其发展趋势[J].机械工程学报，2017，53（19）：22-32.

[3]王哲，张华，钱双庆，曹红蓓.超声复合特种加工技术的研究及其发展趋势[J].现代制造工程，2017（01）：157-162.