超声加工论文(超声加工技术的基本原理)
1. 超声加工技术的基本原理
超声波清洗机原理主要是通过换能器，将功率超声频源的声能转换成机械振动，通过清洗槽壁将超声波辐射到槽子中的清洗液。由于受到超声波的辐射，使槽内液体中的微气泡能够在声波的作用下从而保持振动。破坏污物与清洗件表面的吸附，引起污物层的疲劳破坏而被驳离，气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗。； 下面就为大家介绍下其工作的主要环节和步骤，超声波清洗机如何工作的原理及知识。超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。超声波清洗机原理主要是通过换能器，将功率超声频源的声能转换成机械振动，通过清洗槽壁将超声波辐射到槽子中的清洗液。由于受到超声波的辐射，使槽内液体中的微气泡能够在声波的作用下从而保持振动。； 当声压或者声强受到压力到达一定程度时候，气泡就会迅速膨胀，然后又突然闭合。在这段过程中，气泡闭合的瞬间产生冲击波，使气泡周围产生1012-1013pa的压力及局调温，这种超声波空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使他们分化于溶液中，蒸汽型空化对污垢的直接反复冲击。； 一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面能引起污物层的疲劳破坏而被驳离，气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡立即“钻入”振动使污层脱落，由于空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化、固体粒子自行脱落，超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压，形成射流，冲击清洗件，同时由于非线性效应会产生声流和微声流，而超声空化在固体和液体界面会产生高速的微射流，所有这些作用，能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。由此可见，凡是液体能浸到且声场存在的地方都有清洗作用，其特点适用于表面形状非常复杂的零件的清洗。尤其是采用这一技术后，可减少化学溶剂的用量，从而大大降低环境污染。； 第二超声波在液体中传播，使液体与清洗槽在超声波频率下一起振动，液体与清洗槽振动时有自己固有频率，这种振动频率是声波频率，所以人们就听到嗡嗡声。； 另外，在超声波清洗过程中，肉眼能看见的泡并不是真空核群泡，而是空气气泡，它对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。只有液体中的空气气泡被完全拖走，空化作用的真空核群泡才能达到最佳效果。
2. 超声加工的工作原理
超声波是声波的一部分，是人耳听不见、频率高于20KHZ的声波，它和声波有共同之处，即都是由物质振动而产生的，并且只能在介质中传播；同时，它也广泛地存在于自然界，许多动物都能发射和接收超声波，其中以蝙蝠最为突出，它能利用微弱的超声回波在黑暗中飞行并捕捉食物。
但超声还有它的特殊性质'如具有较高的频率与较短的波长，所以，它也与波长很短的光波有相似之处。
3. 超声加工技术的基本原理是
原理如下
超声焊接原理是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40千赫兹电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料熔化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。
4. 超声加工实例
1、材料准备：转子轴材料通常是金属，需要用到机械性能优良的合金材料，像不锈钢、铝、铁等无组织金属。
2、切削加工：编程CNC数控机床进行切削加工，完成转子轴的制造。
3、磨削加工：用精密的砂轮磨削或超声波抛光设备加工转子轴，使其平整光滑，精度达到要求。
4、表面处理：用特殊方法对转子轴进行涂装或喷涂，以防止腐蚀、磨损、耐温及耐油污等。
5、检测和检验：使用测量仪器检测转子轴的尺寸、孔径与轮廓的准确性，以确保产品的质量。
6、包装：将转子轴打包，准备发货。
5. 简述超声加工的基本原理和工作过程
从客观上讲，超声和可听声，除频率范围不同外，并没有差异．但超声由于频率高，便具有一些特点，尤其重要的是，这些特点可加以利用，这正是人们所以研究超声规律的原因．
超声的特点之一很简单，就是听不见．前面提到，声音来源于部件的振动．振动除产生声波外，还可以产生其它作用，其中一些作用将在下面介绍．如果我们激发振动的目的是这些其它作用，那么通常我们不想同时产生听得见的声音，因为这些声音这时是噪声．在这种情况下，可以激发20000Hz以上的振动，既能完成一些其它功能，又不伴生干扰．
超声的第二个特点是波长小．任何一种波动（声波、电磁波、等离子波等等）都有一些共同的基本参数，其中之一是传播速度，另一个就是波长．声波是机械波，或说是力学波．媒质中有声波传播时，原来是静止的媒质质点会以原占位置为中心作很微小（例如也许只几十纳米）的振动，每个质点在振动若干次后将恢复静止．但这种振动的状态，由于媒质的弹性，会传给紧邻的质点，依次向下传递，可能传得很远，在海洋中甚至可传到1000km以外．这种传递的速度就是声波的传播速度．
确定．对于单一频率的正弦或余弦波，波长是波峰与波峰之间或波谷与波谷之间的空间距离．
超声频率高，因此波长小．这有两点重要后果．一点是不必用尺寸很大的声源，即振动源，就可以产生指向性比较尖锐的声波．定性地说，指向性描述声源所发射声束的狭窄程度，狭窄的象手电筒所发射的光，宽广的或说弥散的可象电灯泡所发射的光．在许多声波应用中，我们需要前者而不需要后者．可以证明，如果要产生前者，声源的尺寸应当比声波的波长大几倍．1MHz的声波在水中的波长约为1.4mm，而1000Hz的声波在水中的波长约为1.4m，制作和搬运一个直径几毫米的声源显然比制作和搬运一个直径几米的声源省事得多．
由于同样的原理，不仅容易实现狭窄的声束，还容易实现声束聚焦，象人们通常聚焦光那样．在焦点或焦区，声强可以很高，从而产生一些强烈的作用．
超声波长小的第二点重要后果是，超声可以被微小的障碍物散射开来．平面声波在传播过程中遇到有限大小的障碍物时会被障碍物所散射，就是说，入射波不再沿原方向传播，而是向四周散开,包括散到与入射方向相反的方向．所谓障碍物是指材料的声学参量ρc不同于基质ρ0c的物体，ρ是密度（因此基质内的空穴也是障碍物．）．沿各个方向散开的声波幅度分布，或说散射图案，因障碍物的尺寸与波长之比而异．可以想见，当ρc差别不大时，如果声波波长远大于障碍物的尺寸，声波几乎会忽略障碍物的存在，反之则声波几乎象碰上一个界面，而被反射和折射．如果声波波长接近于障碍物的尺寸，声波的散开程度会较大．在某些声波应用中我们倒希望声波被散开，从而可以通过测量散射图案，判断不透明媒质中有没有障碍物以及是怎样的形状、大小、内含物的障碍物．假若障碍物很大，我们可以采用频率低、波长长的声波，若障碍物很小，我们就需用频率高、波长短的超声．
超声的第三个特点是与物质有相互作用．声波的某些物理的、化学的、生物的效应，或笼统地说，声波与物质的相互作用，只有在高频率范围才会发生．例如有多种类的所谓“弛豫效应”，分别只在不同的高频率范围才能出现．又例如，超声在液体中有一个很突出的物理效应，叫“空化效应”．超声会在液体中产生空穴或气泡，这些气泡处于非稳定状态，在适当条件下会迅速崩溃，从而在气泡内产生几千度的高温，在气泡周围产生近千大气压的激波．高温和强激波的出现则可以导致声致发光、水中声致自由基、机械作用（如粉碎、乳化等等）、化学反应活性加强、高分子解聚等效应．
超声的一个特点是容易形成细声束，以及可以被相当小的障碍物所散射，其中包括背（逆）向散射．将这束细声束向正前方射出，同时使它上下左右摆动，便可以搜索前方有没有障碍物．用电子学的手段，容易测量反射波或背散射波回转的时间，在已知声速的情况下，可以确定前方障碍物的位置．当障碍物足够大时，从回波随声束移动的分布，可以显示出障碍物的形状；对比较小的障碍物，人们正在寻求判断障碍物的大小、形状、内含物等特征的方法．对于不均匀的透明材料，我们常用光学的办法检测；对于不透明材料，用普通的光学方法是做不到的．而包括超声的声波则能够透入任何媒质，不论这媒质是气体、液体、还是固体，也不论透不透光，对不同媒质的差别只是透入深浅不同．利用超声来检查或显示媒质中是否存在障碍物，以及障碍物有哪些特征，叫做超声检测
6. 超声加工的原理及特点
超声波印字，其原理是利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同产生大小不同的回波（超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿透与反射的程度不同）。超声波印字因此，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可以区分指纹嵴与峪所在的位置。
超声波印字是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。
7. 超声加工的基本原理及加工特性分析
超声波焊接机工作原理：
我们知道正确的波的物理定义是：振动在物体中的传递形成波。这样波的形成必须有两个条件：一是振动源，二是传播介质。波的分类一般有如下几种：一是根据振动方向和传播方向来分类。当振动方向与传播方向垂直时，称为横波。当振动方向与传播方向一致时，称为纵波。二是根据频率分类，我们知道人耳敏感的听觉范围是20HZ-20000HZ，所以在这个范围之内的波叫做声波。低于这个范围的波叫做次声波，超过这个范围的波叫超声波。
波在物体里传播，主要有以下的参数：一是速度V，二是频率F，三是波长λ。三者之间的关系如下：V=F.λ。波在同一种物质中传播的速度是一定的，所以频率不同，波长也就不同。另外，还需要考虑的一点就是波在物体里传播始终都存在着衰减，传播的距离越远，能量衰减也就越厉害，这在超声波加工中也属于考虑范围。
1、超声波在塑料加工中的应用原理：
塑料加工中所用的超声波，现有的几种工作频率有15KHZ，18KHZ，20KHZ，40KHZ。其原理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙，在加压的情况下，使两个塑料件或其它件与塑料件接触部位的分子相互撞击产生融化，使接触位塑料熔合，达到加工目的。
2、超声波焊机的组成部分和原理
超声波焊接机主要由如下几个部分组成：发生器、气动部分、程序控制部分，换能器部分。
发生器主要作用是将工频50HZ的电源利用电子线路转化成高频（例如20KHZ）的高压电波。
气动部分主要作用是在加工过程中完成加压、保压等压力工作需要。
程序控制部分控制整部机器的工作流程，做到一致的加工效果。
换能器部分是将发生器产生的高压电波转换成机械振动，经过传递、放大、达到加工表面。
现在国内应用较多的发生器一般有两种：一种是以美国BRANSON公司为代表，所采用的桥式功放电路，保护电路采用相位保护，工作频率一般为20KHZ。其优点是电转换效率高，缺点是频率调节电感调节范围窄，频率跟踪性能较差。另一个缺点是功率不可能做得很大，最大也就是3KW左右；另一种是台湾型机器，普遍采用B类功放、过流保护、桥式反馈。优点是功率可以做得较大（如4.2KW），频率跟踪性能好，大功率情况下一般采用15KHZ的工作频率。缺点是电转化效率较低，15KHZ的工作频率是人耳所能听到的，反映出噪声较大；另外还有瑞士、德国、日本的采用频率自动跟踪技术的机器。因其价格较高，国内并不常见。
换能器部分由三部分组成：换能器（TRANSDUCER）；增幅器（又称二级杆、变幅杆，BOOSTER）；焊头（又称焊模，HORN或SONTRODE）。
①换能器(TRANSDUCER)：换能器的作用是将电信号转换成机械振动信号。将电信号转换成机械振动信号有两种物理效应可以应用。A：磁致伸缩效应。B：压电效应的反效应。磁致伸缩效应在早期的超声波应用中较常使用，其优点是可做的功率容量大；缺点是转化效率低，制作难度大，难于大批量工业生产。自从朗之万压电陶瓷换能器的发明，使压电效应反效应的应用得以广泛采纳。压电陶瓷换能器具有转换效率高，大批量生产等优点，缺点是制作的功率容量偏小。现有的超声波机器一般都采用压电陶瓷换能器。压电陶瓷换能器是用两个金属的前后负载块将压电陶瓷夹在中间，通过螺杆紧密连接而制成的。通常的换能器输出的振幅为10μm左右。
②变幅杆（BOOSTER）：变幅杆本身就是一条金属柱，通过形状的设计，可以将换能器传递过来的振幅进行放大，达到加工塑料件所需能量振幅，相当于加热的温度，如我们常用的ABS、AS塑料所需的加工振幅为20μm左右；尼龙、聚丙稀所需的加工振幅为50μm左右。
③焊头（HORN）：焊头的作用是对于特定的塑料件制作，符合塑料件的形状、加工范围等要求。
换能器、变幅杆、焊头均设计为所工作的超声频率的半波长，所以它们的尺寸和形状均要经过特别的设计；任何的改动均可能引致频率、加工效果的改变，它们需专业制作。耐用根据所采用的材料不同，尺寸也会有所不同。适合做超声波的换能器、变幅杆和焊头的材料有：钛合金、铝合金、合金钢等。由于超声波是不停地以20KHZ左右高频振动的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。
3、超声波焊接机的参数及调节方法：
一般的超声波焊接机上有如下的参数是可以调节的：
A：超声波发生器上的调谐旋钮：这是超声波焊机最关键的一个调节旋钮。其调节目的是使超声波发生器所发出的高压电信号频率同换能器部分的机械谐振频率一致。方法是轻触测试开关、左右设防该旋钮，使负载指示的电流为最小，即可完成调谐步骤。
B：振幅档：此旋钮有些机种上没有这个旋钮，其功能是通过调节发生器的输出电压，达到高速输出振幅的目的。
C：气动部分：包括调速器、气压调节旋钮。调速器用于调节气缸的上、下速度。气压调节旋钮调节工作气压。
D：熔接时间（WELDTIME）：用于调节超声波发射的时间，一般的塑料件熔接时间为0.6S以下，通常超过1.5S熔接时间均可视作失败熔接（可视作振幅不够，或设计不合理）。
E：保压时间（HOLDTIME）：保压时间相当于加工塑料件之后的固化时间，通常如果塑料件的固定位设置得好，此时间可不用考虑，如果塑料件内部有弹簧等部件，该时间应相应调长。
F：触发调节：触发调节有两种方式，一种是延时触发。这种调节一般指示为延迟时间（DELAYTIME）。其所指为从触发机器开始到超声波发射为止的时间。通过调节，可实现先发射超声波再熔接，或先压紧塑料件再触发超声波。另一种是压力触发。这种触发方式常见于美国BRANSON8400和8700形式的超声波焊接机中，其原理是调节压紧塑料件的力度来触发超声波。对于较大的塑料件，为防止起振失败，多采用先触发超声波再熔接，或以较小的触发力度
调试方法
一、超音波熔接后，移位了怎么办？
《解决方法》
1.降低熔接压力。
2.底模加高，使其超过熔接线2mm以上。
3.使用超音波传导熔接。
4.上模（HRON）压到产品才发振。
5.修改塑料产品，增强定位。
二、超音波熔接后，产生伤痕（断、震裂、烫伤）怎么办？
《解决方法》
1.降低压力。
2.减少延迟时间（提早发振））。
3.减少熔接时间。
4.引用介质覆盖（如PE袋）。
5.模治具表面处理（硬化或镀铬）。
6.机台段数降低或减少上模扩大比。
7.易震裂或断之产品，治具宜制成缓冲，如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）。
8.易断裂产品于直角处加R角。
三、超音波熔接后，发现变形扭曲怎么办？
《解决方法》
1.降低压力（压力最好在2kg以下）。
2.减少超音波熔接时间（降低强度标准）。
3.增加硬化时间（至少0.8秒以上）。
4.分析超音波上下模是否可局部调整（非必要时）。
5.分析产品变形主因，予以改善。
四、超音波熔接后，内部零件破坏怎么办？
《解决方法》
1.提早超音波发振时间（避免接触发振）。
2.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。
3.减少机台功率段数或小功率机台。
4.降低超音波模具扩大比。
5.底模受力处垫缓冲橡胶。
6.底模与制品避免悬空或间隙。
7.HORN（上模）逃孔后重测频率。
8.上模逃孔后贴上富弹性材料（如硅利康）。
五、超音波熔接后，产品发现毛边或溢料怎么办？
《解决方法》
1.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。
2.减少机台功率段数或小功率机台。
3.降低超音波模具扩大比。
4.使用超音波机台微调定位固定。
5.修改超音波导熔线。
六、超音波熔接后，发现产品尺寸不稳定怎么办？
《对策》
1.增加熔接安全系数（依序由熔接时间、压力、功率）。
2.启用微调固定螺丝（应可控制到0.02mm）。
3.检查超音波上模输出能量是否足够（不足时增加段数）。
4.检查治具定位与产品承受力是否稳合。
5.修改超音波导熔线。
七、超音波熔接后时，总是单边烫伤怎么办？
《解析》
超音波振动熔接，并非单纯直线纵向振动（挠曲与横向振动不在此讨论），而是形成交叉式纵向下降振动，而上模超音波输出端能量亦是有一定的强弱分布点，气压、电压、机台虽决定功率输出能量的稳定性，但能量分布点亦呈现比例性增减，如果发现超音波熔接时制品总是单点烫伤，即表示上模该点输出能量与产品该点形成应力对应，此时若改变超音波振动面的接触点，将可改善热能集束产生的烫伤。
《解决方法》
1.本方法仅适用平面上模。
2.模具表面处理（镀铬或硬化阳极）－仍无效。
3.覆盖塑料袋－仍无效。
4.上模旋转180度。
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