超聲加工的案例
盤點那些經典的光學加工技術應用
寧波材料所所屬先進制造技術研究所激光與智能能量場制造團隊在旋轉超聲加工領域進行了一定的積累并取得新的進展，針對K9光學玻璃材料，加工了各類型腔、表面、孔、薄壁以及復雜曲面等特征。
圖1.三軸旋轉超聲銑削加工孔/凸臺/型腔等特征
課題組成員自行搭建了三軸聯動超聲輔助加工系統，超聲振動頻率可達19000Hz以上。在該自主搭建的超聲輔助加工系統上進行的部分孔、凸臺、型腔等特征加工試驗（圖1），發現：使用合理的工藝參數，采用空間螺旋插補進刀及超聲輔助三坐標聯動空間螺旋銑削K9光學玻璃產生的孔特征邊緣無崩邊，孔壁及孔底質量均比較理想；帶超聲或無超聲加工相同特征效果會有差別，如無超聲輔助三角形型腔銑削后，加工底面會有較明顯的刀痕：不同工藝參數對加工效果影響顯著，如采用較大的切削深度時，銑削的方形或圓形型腔外邊特征會出現崩邊等缺陷特征；而采用合適的切削深度和走刀策略會產生理想的加工特征，如右側的曲面側壁型腔。
DMGultrosonic80eVolinear超聲輔助五軸聯動加工機床（圖2）加工的平面、傾斜面、孔、環以及薄壁等特征（圖3）。該DMG加工系統最大轉速18000r/min，X、Y、Z行程分別為850mm、650mm、550mm。使用超聲刀柄，可自動搜頻，同時，可手動調整頻率與振幅。
所加工的特征中，傾斜平面與Z軸夾角45°，并在斜面上銑削加工了直徑8mm的孔特征，在圓形凸臺內加工出1mm圓環薄壁。使用直徑6mm中空金剛石電鑄刀具加工平面薄壁特征時，進給速度為600mm/min，主軸轉速為5500r/min，切寬2.4mm，切深0.03mm，最小薄壁厚度達0.3mm，取得了理想的加工效果。
展開 機械制造工程師知識體系
）
（2）車削（常用車削方式 典型車削加工表面類型 車床類型與適用范圍 典型的車削加工（非數控車削方法） 新的車削技術）
（3）銑削（常用銑削方式 典型銑削加工表面類型 銑床類型與適用范圍 典型零件表面的銑削 超精銑削）
（4）磨削（常用磨削方式 典型磨削加工表面類型 主要磨床類型與適用范圍 典型零件表面磨削）
（5）影響切（磨）削加工質量的因素和改進措施（工藝系統方面的因素 工藝過程的因素 環境因素 提高切削加工質量的原則措施）
（6）切削用量的選擇
（7）切削用的工夾具（機床夾具 切削刀具）
5．特種加工
（1）特種加工方法與特點
（2）電火花加工（電火花成形加工 電火花成形加工工藝過程 電火花成形加工機床 影響電火花成形加工工藝質量的因素及提高措施）
（3）電火花線切割加工（電火花線切割加工特點 電火花線切割加工工藝過程 電火花線切割加工設備 線切割加工的主要工藝質量指標 影響工藝經濟性的因素與分析）
（4）激光加工（激光加工原理、特點和分類 激光加工設備 激光打孔 激光切割）
（5）超聲加工（超聲加工的原理與特點 超聲加工設備 超聲加工工藝參數及其影響因素 超聲加工的應用）
6．鑄造
（1）鑄造及其特點（鑄造工藝基礎 鑄造工藝設計 鑄造工藝文件）
（2）砂型鑄造（造型材料 鑄鐵件鑄造 鑄鋼件鑄造 銅、鋁合金鑄件鑄造）
（3）金屬型鑄造（銅合金鑄件 鋁合金鑄件）
（4）壓鑄（壓鑄件的結構 壓鑄合金 壓鑄機）
（5）熔模鑄造（熔模鑄件的結構 熔模鑄造的工藝參數 模型殼的特點及應用）
（6）鑄造工藝裝備（模樣 模板 芯盒 砂箱）
7．壓力加工
（1）壓力加工及其分類（壓力加工的涵義和特點 壓力加工的分類與應用）
（2）鍛造（自由鍛 模鍛）
（3）沖壓（沖壓加工的特點 沖壓工藝分類 沖壓工藝的應用要求）
（4）影響鍛壓加工質量的因素及其提高的措施
展開 熱力耦合的橢圓超聲振動輔助銑削加工
案例中刀具在XZ平面內做橢圓超聲振動運動，模型同時考慮熱力耦合。
銑削加工參數：銑削深度0.7 mm，刀具轉速800 r/s，銑削速度：5m/s，切寬1.5 mm。
橢圓超聲振動參數：振動頻率2.5 KHz，X方向振幅1 mm，Z方向振幅2 mm。
銑削效果：
注：加工參數這些僅為示例，實際仿真還是根據自己實驗參數定。
歡迎私信或者聯系QQ1511646430進行交流。
第十屆切削仿真高級培訓班-領航科工
青鼎裝備技術總監 馬原
其次，深圳市青鼎裝備有限公司總經理許超為大家做了題為“硬脆材料超聲精密加工技術及其應用”的精彩報告，青鼎裝備依托清華大學在超聲加工領域十余年的科研積累和技術儲備，專業從事超聲裝備的研發，主要面向制造企業提供難加工材料高效精密加工整體解決方案，這是我國高校超聲加工技術真正實現產業化應用的良好典范。
青鼎裝備總經理 許超
最后，領航科工董事長梁桂強為大家帶來了“切削仿真技術在高校和企業中的應用”的精彩報告，報告從切削仿真的產業背景出發，結合高校和企業的不同需求為大家總結了常用的切削仿真應用場景，同時以此為切入點為大家詳細的剖析了切削仿真技術在軍工和刀具企業的典型應用。
展開 
加工！材料難搞怎么辦，不要慌，這里有秘籍
（5）采用特種加工方法
工程機械零件的加工，除了上述各種方法以外，相繼研究出一些與切削加工原理完全不同的加工方法，如電火花加工、電解加工、超聲加工、激光加工、電子束加工、離子束加工等被稱為特種加工方法。
在特種加工方法中，工具與工件基本上不接觸，加工時無明顯的機械作用力，可加工脆性材料、精密細微零件、薄壁和弱剛性零件等。該方法利用電能、化學能、聲能、熱能去除被加工材料，瞬時能量密度很高，可加工任何高硬度材料。
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展開 切削仿真聚智力、產學融合譜新篇——記第二屆切削仿真與制造技術國際學術會議
本次會議是由清華大學機械工程系、北京領航科工教育科技有限公司、湖南領航科創教育科技有限公司聯合主辦，中國機械工業金屬切削刀具技術協會切削先進技術研究分會現代加工技術專業委員會（原中國高校金屬切削研究會華北分會)協辦，本次會議以“切削仿真技術的產學研融合”為主題，旨在交流切削仿真與航空制造領域中的新工藝、新方法、新技術以及國內外相關領域的研究成果和發展動態，以此推進切削仿真技術發展、促進科研成果轉化，是我國切削加工領域的高層次專業學術會議，同時也為我國航空及刀具等相關切削加工領域的產學研深度融合譜寫了新的篇章。
來自國內外航空航天、先進制造、固體力學、超硬刀具等領域的校企嘉賓120余人參加了本屆會議，共有13位知名專家、學者、企業代表以及5位高校研究生做了切削仿真方向的精報告。大會開幕式由寧波諾丁漢大學李灝楠副教授主持，大會主席清華大學馮平法教授和北京領航科工教育科技有限公司梁桂強總經理分別致歡迎詞和開幕詞，近百位專家、學者出席了開幕式。
清華大學馮平法教授為大會致開幕詞
北京領航科工教育科技有限公司梁桂強總經理為大會致開幕詞
9月16日-17日先后有日本慶應義塾大學閆紀旺教授、清華大學張建富研究員、北京領航科工教育科技有限公司總經理梁桂強、清華大學莊茁教授、中國航空工業集團信息技術中心原首席顧問寧振波研究員等18名校企專家、學者貢獻了《多孔材料超精密切削》、《脆性難加工材料旋轉超聲加工工藝與裝備》、《基于航空材料切削仿真技術的產學研平臺構思》、《高應變率、大變形、接觸問題的顯示有限元計算方法》、《仿真軟件的發展—從產品到工藝》、等精彩特邀報告。
展開 史上最全機械年譜！從公元前5000年至今
1926年，美國建成第一條自動生產線(加工汽車底盤)。
1927年，美國的伍德和盧米斯進行超聲加工試驗。19５1年，美國的科恩制成第一臺超聲加工機。
1934年，德國的克諾爾和魯斯卡制成透射電子顯微鏡。
1934年，中美合資的杭州中央飛機制造廠成立。曾制造出全金屬轟炸機。
1935～1936年，中國的劉仙洲等發起成立中國機械工程學會。
1938年，美國的卡爾森首創靜電復印技術。
德國的德古薩公司發明陶瓷刀具。
1938～1940年，美國的厄恩斯特和麥錢特用高速攝影機拍攝切屑的形成過程，并解釋了切屑的形成機理。
1939年，瑞士制成發電用燃氣輪機（按等壓加熱循環工作)。
1941年，瑞士制成第一輛燃氣輪機機車。
1942年，美國的費密等建成第—座可控的鏈式核裂變原子反應堆。
1943年，蘇聯的拉扎連科夫婦發明電火花加工。
20世紀40年代，蘇聯發明陽極機械切割。
1947年，第一艘燃氣輪機船“加特利克”號問世。
英國的莫羅和威廉斯制得球墨鑄鐵。
20世紀40年代，英國的泰勒森設計出多面棱體。
1950年，聯邦德國的施泰格瓦爾 特發明電子束加工。
1952年，美國帕森斯公司制成第一臺數字控制機床。
美國利普公司制成電子手表。
1954年，美國建成第一艘核動力船——“鸚鵡 螺”號核潛艇。
1955年，美國研究成功等離子弧加工(切割)方法。
1956年，中國第一汽車制造廠(長春)建成投產。
中國建立機床研究所。
中國成立工具科學研究院，1957年改組為工具研究所。
1957年，聯邦德國的汪克爾研制成旋轉活塞式發動機。
1958年，美國的卡尼－特雷克公司研制成第一個加工中心。
美國研制成工業機器人。
美國的舒羅耶發明實型鑄造。
世界工程組織聯合會(WFEO)成立。
展開 金屬表面處理工藝
技術特點：
1.濕研一般用于粗研磨，所用微粉磨料粒度粗于W7；
2.干研常用于精研磨，所用微粉磨料粒度細于W7；
3.半干研中工件在研磨前須先用其他加工方法獲得較高的預加工精度，所留研磨余量一般為5～30微米。
影響研磨效果常見因素：
1.磨料粒度
2.磨料濃度和給料量
3.磨料硬度
4.磨盤轉速
5.負載壓力
3.2、拋光
拋光：是利用機械、化學或電化學的作用，使工件表面粗糙度降低，以獲得光亮、平整表面的加工方法。
化學拋光工藝流程：
化學(或電化學)除油→熱水洗→流動水洗→除銹(10%硫酸)→流動水洗→化學拋光→流動水洗→中和→流動水洗→轉入下道表面處理工序
技術特點：
1.拋光去除前一道工序所留下的瑕疵、劃痕、磨紋等加工痕跡，獲得光潔表面；
2.拋光可以填充表面毛孔、劃痕以及其它表面缺陷，從而提高疲勞阻力、腐蝕阻力。
3.3、超聲波加工
超聲波加工：是利用超聲頻振動的工具端面沖擊工作液中的懸浮磨粒,由磨粒對工件表面撞擊拋磨來實現對工件表面處理的一種方法。
超聲波拋光工藝流程：
拋光前工件的準備→拋光工具的制造和裝夾→拋光磨料，工作液的配制→粗拋光→精拋光
技術特點：
1.適宜加工各種硬脆材料，特別是電火花和電解加工無法加工的不導電材料和半導體材料；對于導電的硬質合金、淬火鋼等也能加工，但加工效率比較低;
2.能獲得較好的加工質量;
3.在加工難切削材料時，常將超聲振動與其它加工方法配合進行復合加工，如超聲車削、超聲磨削、超聲電解加工、超聲線切割等，這些復合加工方法把兩種甚至多種加工方法結合在一起，能起到取長補短的作用，使加工效率、加工精度及工件的表面質量顯著提高。
3.4、激光加工
激光加工：又稱“鐳雕”，是利用光的能量經過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度，靠光熱效應來加工的一種表面處理方法。
展開 聲學在科學技術中的十大作用（上）
2、超聲在工業上的應用
超聲的工業應用是超聲技術的重要應用領域之一，應用范圍非常廣泛，歸納起來主要有兩大類：一是超聲加工處理；二是超聲檢測。
1） 大功率超聲的工業應用
利用大功率超聲波作用于物質，可改變物質的性質和狀態。例如，在含有煙霧粒子和灰塵的氣體中發射大功率超聲，不同尺度的粒子振動速度不同，則互相碰撞，從而可加速粒子的凝聚；在液體中發射大功率超聲，會在液體中產生“空化現象”，即波動引起的稀疏過程使液體產生空泡，壓縮過程使空泡破碎而在周圍產生機械沖力。從而可實現清洗、乳化、脫氣以及使固體粒子懸浮、或使高分子分解和聚合，促進化學反應等；在固體中發射大功率超聲，可用于粉碎、研磨，切割、加工和焊接等等。
此外，利用固體中超聲波的特殊波形，研制成超聲馬達，具有體積小、響應快、精度高和無電磁感應等特殊性能，適用于傳真機、打印機等現代化辦公設備中傳送紙張。
2） 超聲檢測和無損評價
在當前高科技發展中，先進的材料及各種器件、設備的研究和發展越來越引起重視。相應地對無損評價技術的要求也越來越高。超聲無損評價（或超聲檢測）與電磁波、X光及粒子探測技術并列為探索物質的四大技術。
超聲波由于能穿透電磁波、光波等無法穿透的物質，同時又能在兩種物質（兩者的密度和聲速顯著不同）的界面上反射。如果某種物質內部存在不均勻性，如氣泡、裂痕、夾雜、疏松、位錯或脫粘等缺陷，就會引起超聲波的反射。因此，利用超聲波能探測物質內部的結構（缺陷和不均勻分布）等。目前，利用各種超聲探傷儀可以對各種機械零部件，包括航空、航天飛機機殼及發動機零部件等進行無損檢測，也可用于對裝載核反應物質的容器、輸油和輸氣管道以及鍋爐等壓力容器進行無損檢測等。
展開 兩機葉片丨中科院寧波材料所：激光極端制造助力航空發動機氣膜孔高質量加工
激光加工具備精確可控、材料適應性廣、工藝多樣的多重優勢，與智能技術相結合，可望引領智能化極端制造。本文主要介紹了中科院寧波材料技術與工程研究所激光極端制造研究中心在水助激光加工、激光電液束流復合加工技術等方面的技術進展，結合航空發動機氣膜孔加工質量的提升，闡釋激光極端制造的部分特點。
極端制造概述
極端制造是人類探索宇宙、改造世界、造福人類不可或缺的手段，集中表現為極高能量密度制造、極小尺度制造、極復雜巨系統制造、極高精度制造、近無缺陷制造等特點，涉及機械、材料、光學、物理、化學、力學、數學等多學科領域，集前瞻性、先導性和探索性的基礎理論與工程技術于一體。極端制造工程學是針對極端材料、極端使役、極端環境，系統性、精益性實現極端性能與功能之制造方法、理論與系統。
GF領域尤其需要極端工藝能力，無論針對材料（耐高溫、硬脆、超韌、熱敏感）；使役（超薄、超厚、超大、超微、超精）和環境（極寒、真空、外星球、深海、高溫）要求等方面。以激光加工、電加工、超聲加工、水射流加工為代表的特種加工是為解決傳統加工技術無法克服的困難而產生的加工技術，經過不斷迭代和創新，已不斷拓展適用面和制造極限。
特種加工技術不僅只是改變了加工某一產品的方法，而是改變了產品設計、制造的理念，對生產出高質量、高可靠性的產品提供了條件。因此，特種加工已經成為眾多高端裝備制造必不可少的關鍵技術，是大國戰略性核心競爭力的關鍵所在，在航空、航天、航海、核電等國家重大需求領域，以及能源、醫療、高鐵、汽車、IT等國家重大民生領域均具有重要意義。
展開 超聲擠壓表面強化
有代做或答疑超聲擠壓零件表面加工仿真的么
25Cr2Ni4MoV飛輪體鍛件制造工藝研究
結果分析
超聲檢測
調質熱處理完畢并對飛輪體鍛件進行機加工后，按照ASTM A388 方法對鍛件表面進行百分百的超聲檢測，未發現當量直徑大于φ4mm 的單個缺陷以及連續密集缺陷，結果符合JB/T 1269-2014 標準。
力學性能結果
按照性能熱處理工藝，飛輪體各項力學性能指標達到了技術要求，取得了滿意的效果，具體詳見表4。
表4 力學性能結果
結論
⑴用單真空鋼錠制定的材料為25Cr2Ni4MoV 的飛輪體鍛件化學成分、力學性能均能滿足技術要求。
⑵材料為25Cr2Ni4MoV 的飛輪體鍛件的軸向、徑向、切向強度偏差較小，說明材料的各向異性相差小，進一步驗證了鑄錠、鍛造、熱處理等工藝的合理性和可行性。
王明哲
熱加工工藝研究所工藝研究員，工程師，主要從事鑄鍛件基礎工藝研究工作，重點參與4MW 風機軸、30Cr2Ni2Mo 材料熱處理新工藝研究、電動機轉軸制造工藝改進等項目攻關。
——文章選自《鍛造與沖壓》2022年第17期
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