加工速度

出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《特种加工手册》第237页（2196字）

超声加工的加工速度(或称生产率)系指单位时间内去除的材料量，其单位为g／min或mm³／min，或用单位时间在进给方向的进给量(mm／min)来表示，一般加工速度为1～50mm³／min，加工最大速度可达400～2000mm³／min．影响加工速度的主要因素有：工具振动的振幅和频率、工具对工件的静压力(即进给压力)、磨料悬浮液、工件和工具的材质、加工面积及深度等．

4．3．1．1 工具振动的振幅和频率

一般的规律是：加工速度随工具振动振幅增加而线性增加，见图4-12．振动频率提高，在一定范围内亦可以提高加工速度．但随频率及振幅提高，变幅杆和工具会承受较大的交变应力，从而会降低它们的疲劳强度，令寿命缩短．同时，振幅及频率的提高，会令变幅杆与工具及变幅杆与换能器间的能量损耗加大．故在超声加工中，一般振幅为0．01～0．1mm，频率为16～25kHz之间．

4．3．1．2 工具对工件的静压力(进给力)

图4-12 超声加工速度与振幅、频率的关系曲线

工具截面：ф6．35mm；加工材料：玻璃

一般的规律是：工具对工件存在一个最佳压力值．在此压力下，可得到最大加工速度，见图4-13．其原因是：若压力过校工具末端与工件加工面间隙大，令磨粒对工件撞击力及打击深度降低，加工速度亦变校若压力过大，则工具末端与工件加工面间隙变校磨料及悬浮液不能顺利更新，加工速度也变小．

图4-13 加工速度与静压力的关系

工具截面：ф15mm；被加工材料：玻璃；工具材料：相当于T9；工具振幅：50μm；工作频率：20kHz；磨料：BC320；磨料对水的质量比：1∶4；磨料悬浮液供给方法：强制循环方式

4．3．1．3 磨料悬浮液磨料的种类、硬度、粒度，磨料和液体的比例及悬浮液本身的粘度等，对超声加工速度均有影响不同材质工件选用不同磨料，如表4-4所示．工具加工速度与磨料粒度关系见图4-14，常用磨料粒度及其基本尺寸见表4-5．

图4-14 加工速度与磨料粒度关系

表4-5 磨料粒度及基本尺寸

由图4-14可知，在一定范围内，磨粒硬而粗，加工速度快．就一般而言，磨料粒度与加工速度间为非线性关系．因此，为获得高的加工速度，应根据振幅大小来确定磨料粒度大校一般说来，振幅校磨粒细(即磨料编号大)，如当振幅为0．05mm时，选磨粒尺寸160～125μm(100^#)；当振幅为0．005～0．007 mm时，选磨粒尺寸为80～63μm(180^#)．

表4-4 磨料选用

悬浮液中的料液比(磨料质量或体积与液体质量或体积的比)对加工速度亦有影响．一般的规律是：当体积料液比为0～30%时，加工速度增大；当体积料液比为30%～50%时，加工速度增大变慢；当体积料液比超过50%～60%后，加工速度没有变化，因为此时磨粒太多，相互间碰撞多，消耗了能量．

悬浮液的液体类型对加工速度的影响见表4-6．由表4-6可见，水的相对生产率最高，其原因是水的粘度校湿润性高且有冷却性，对超声加工有利．

表4-6 几种悬浮液的液体相对生产率

4．3．1．4 工件和工具的材质

超声加工适于加工脆性高的材料．材料越脆，承受冲击载荷能力越差，在超声强击下越易粉碎去除．材料脆度与超声可加工性见表4-7．材料脆度t_x＝ρ/σ,ρ为剪切应力，σ为断裂应力．

表4-7 材料脆度与超声加工的可加工性

4．3．1．5 加工深度

超声加工时，只有当磨料可以不断更新时，才能不断加工．因此，随超声加工深度不断增大，磨料更换会更加困难，加工速度会下降．为改善这种情况，在工件上预加工孔，令悬浮液能随深度增加不断循环，以提高工效．