超声波振动机械设备的研究

　　振动是一种很普遍的运动形式,所谓机械振动是指物体在平衡位置附近作周期性往复运动,在日常生活中普通存在,如心脏跳动、钟摆的摆动、琴弦的振动、大海的波涛等等.在工程技术中,振动通常认为是有害的,它影响设备的功能,降低设备的精度,缩短机械的寿命,产生噪声,造成事故.但是近几十年来,人类利用机械振动研制了许多机械振动设备,如振动凿岩、振动传输、振动筛选、振动密实、振动抛光、振动沉桩、振动冲击、振动研磨等,为振动利用作出了具大贡献.然而,人类进入21世纪,绿色、环保型设备是机械设备的发展方向,原有振动设备已不能适应现代生产、生活的要求,开发超声波振动设备变得非常必要.超声波在人类生产与生活中广泛应用,随着科学技术的发展与环境保护要求提高,超声波技术得到新的发展,本文扼要介绍了超声波在机械工程中利用的研究概况,讨论了超声波技术在机械工程中利用的发展远景.

　　1 超声波振动技术利用的现状

　　1.1 超声波振动切削工艺

　　超声波振动切削是近几年来发展较快的一种新技术,取得了许多意想不到的效果.超声波振动切削是超声频率的脉冲切削方式,镗杆水平方向受力由普通切削的切削力F变为以F为幅值的高频脉冲切削力.超声波振动切削每一个周期T内只有t时间在切削,有(T-t)时间脱离工作,使切削液能充分地进入到切削区,冷却润滑充分,刀具散热条件改善,切削温度大幅度降低,加上超声振动的刀具会带动周围切削液超声振动,切削液对刀具和工件不会发生粘结,由刀具材料和工件材料不同而引起的加工表面粗糙度差异在超声切削时可以减少最多.

　　1.2 超声波振动塑性加工工艺

　　和常规塑性加工工艺相比,超声塑性加工具有如下优点:(1)降低成型力;(2)降低流动应力;(3)减少模具与工件间的摩擦;(4)获得较好的制品表面质量和高的尺寸精度.将超声振动用于管材的拉拔效果比较理想.这里不仅有体积疚的作用结果,而且表面疚对于管材内外表面的光洁度更有积极的影响.对于难成形的稀有金属,例如钛、铜镍等合金材料,振动拉拔具有独特的优势.

　　将超声振动施加于芯棒,对铝管进行了拉拔实验研究.换能器的振幅达12Lm,铝管由直径18mm、壁厚1.5mm拉拔至直径16mm、壁厚1.45~1.0mm,平均拉拔力大约降低69%.在对内螺旋凸筋管进行的拉拔实验中,拉拔力最多下降17%,凸筋的质量也得到改善.

　　1.3 超声波清洗机

　　超声波清洗的效果超过一般的常规清洗方法,特别是工件的表面比较复杂,如一些表面凹凸不平、有盲孔的机械零部件,一些特别小而对清洁度有较高要求的产品,如钟表和精密机械的零件、电子元器件、电路板组件等,使用超声波清洗都能过到很理想的效果.超声波清洗的原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号,通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质—清洗溶济中,超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射,使液体流动而产生数以万计的微小气泡.这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长,而在正压区迅速闭合.在这种被称之为/空化0效应的过程中,气泡闭合可形成超过1000大气压的瞬间高压,连续不断地产生的瞬间高压就象一连串小/爆炸0不断地冲击物件表面,使物件的表面及缝隙中的污垢迅速脱落,从而达到物件表面净化的目的.