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利用旋转超声加工技术加工陶器

旋转超声加工技术为陶瓷和玻璃的加工应用上提供快速的高质量的加工途

径。

旋转超声加工技术是一种混合了利用钻石磨削超声机械来切削材料的工艺，

和那些单独利用钻石磨削或者超声加工技术相比，它可以提供一个更高的材料切

削速率。通过利用钙、铝、硅酸盐和稳定的氧化镁、氧化锆来做实验可以得出在

同样的条件下利用旋转超声加工技术加工材料的切削速率是利用惯例的磨削加

工工艺的六到十倍，是超声加工技术的十倍。利用旋转超声加工技术来打很深的

洞比超声加工技术更容易，而且洞的精确性更高。这种工艺的其他好处包括有一

个更好的表面光洁度和刀具所受到的压力也会更小。

图1

在超声加工中，刀具的形状正好和工件表面的洞或腔的形状一致，在两万赫

兹的高速频率中摆动，利用一个恒定的压力插入工件表面（见图1）。在刀尖和

工件表面加上一种由水和小磨粒组成的磨粉浆。当磨粒悬浮在刀具和工件表面的

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泥浆中时，工件表面的材料被切削掉了，利用震动刀具往下走来作用在工件表面。

图2

在旋转超声加工中，当机器的轴在一个恒定的压力下被动的靠近工件表面

是，一个用金属黏合带腐蚀性的钻石做成的空心旋转钻头在轴向做超声震动（见

图2）。空心的钻头中喷出冷却液冲走切削垃圾，同时防止切削垃圾干扰钻头，

并且让它冷却。通过刀具上直接黏合的腐蚀物，并且结合同时发生的转动和震动，

旋转超声加工技术为多种玻璃和陶瓷生产应用提供了一个更快，更高质量的加工

途径。

旋转超声加工的历史

尽管超声加工的原理在1927年被认识到，超声加工技术的第一次使用没有

在工业文明中被描述直到1940年。自从那是以后，超声加工被引起很大的注意，

并被运用在工业中相对很大的领域。在1953年到1954年，第一代超声加工工具

的发明，很大程度上是依据钻头和压磨机。到1960年，可以看到各种类型和尺

寸的超声加工工具运用在各种运用上，同时很多模型开始进行批量生产。

在陶瓷的应用中，超声加工和普通机械加工相比有很多的优势。导体和绝缘

体材料都可以被加工，同时加工复杂的三维立体外形可以像加工简单的外形一样

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快速。再者，这种工艺不会在工件的表面产生热变形和化学的反应，同时作用在

工件表面的浅的压应力能增加被加工部分的受力强度。

可是，在超声加工中，在刀具和工件表面必须添加和排除磨粉浆。结果是材

料切削的速率是相当的慢，甚至随着加工深度的增加切削会被停止。磨粉浆在被

排除到工件表面时可能会磨损被加工洞的表面，这会限制精度，特别是对于小的

洞。再者，磨粉浆会加工刀具，这会引起刀具相当大的磨损，反过来，让它很难

保证加工的公差。

旋转超声加工在1964年被P.Legge发明。在第一代旋转超声加工设备中，

没有使用研磨粉，而直接把一个震动的金刚钻冲击旋转的工件。因为工件是用旋

转的四爪卡盘夹持，所以只能加工圆形的洞，同时用这个设备只能加工相对小的

工件表面。随着科技的发展，发明了由旋转超声换能器组成的机器。旋转超声换

能器让精确地加工静止的工件表面到很小的公差成为可能。用不同形状的工具，

各种各样的操作可以延伸到端铣削、开槽、楔形榫头的切削、打螺纹、内圆和外

圆的磨削。

旋转超声加工设备

图3

旋转超声加工设备包括一个特别设计的轴，用来连接到超声换能器上。超声

电源把传统的电线上的电压转换成频率为两万赫兹的电能。这个输出功率作用在

放在轴上的压电式换能器，然后这个换能器把输入的电能转换成机械震动。通过

改变电源输出的大小来调节超声波震动的振幅。通过电脑编程轴的转速（rpm）

可以达到8000rpm.

多种形状的转头被运用在旋转超声加工中，金刚钻和电镀的刀具特别用在陶

瓷和工业玻璃的加工应用中。金刚钻刀具更耐用，但是电镀刀具比较便宜，所以

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不同的应用场合，选择不同的刀具。

超声加工设备和旋转超声加工设备之间的一个最主要的区别