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超声镜面加工刀柄是超声波镜面加工技术中的关键部件
作者:chaokeneng 发布时间:2025-02-05

超声镜面加工刀柄是超声波镜面加工技术中的关键部件,以下是关于它的详细介绍:

    结构特点
        圆柱形设计:通常采用圆柱形,这种形状便于安装和拆卸,能够与机床的刀架或主轴等部件良好适配,确保在加工过程中的稳定性。
        内部谐振腔:刀柄内部设有谐振腔,其作用是放大振动幅度。谐振腔的形状常见的有圆柱形、锥形、球形等,不同形状的谐振腔适用于不同的加工需求和刀具尺寸,通过合理设计谐振腔的结构参数,可以使刀具在超声振动下获得更合适的振幅,从而提高加工效率和质量。
        外部螺纹连接口:刀柄外部一般设有螺纹连接口,用于固定刀具。螺纹连接方式结构简单、可靠性高,能够确保刀具在高速旋转和超声振动的情况下牢固地安装在刀柄上,防止刀具松动或脱落。

    材料选择
        硬质合金:具有高硬度、高强度和良好的耐磨性,能够承受超声振动和切削过程中的高应力和高温度,保证刀柄的耐用性和加工精度。此外,硬质合金的热稳定性较好,在高温环境下不易变形,有助于维持刀具的切削性能。
        不锈钢:不锈钢材质具有一定的强度和耐腐蚀性,成本相对较低。在一些对加工精度要求不是特别高、加工环境相对温和的场合可以使用不锈钢刀柄。不过,其硬度和耐磨性相对硬质合金较低,适用于加工一些硬度较低的材料或对刀具磨损要求不高的工艺。
        钛合金:钛合金的密度较小,具有较高的强度 - 重量比,能够减轻刀柄的重量,有利于提高机床的动态性能和加工效率。同时,钛合金具有良好的耐腐蚀性和生物相容性,在一些特殊领域如医疗器械、航空航天等有一定的应用优势。

    工作原理
        高频振动产生:超声波发生器产生高频电信号,通过换能器将电能转化为机械振动,换能器中的压电陶瓷在施加电压时会发生形变,从而产生高频振动。这些振动通过刀柄内部的结构传递到刀具上,使刀具以相同的频率进行微幅振动。
        切削力的产生与作用:当刀具与工件表面接触时,由于刀具的高频振动,刀具前端会产生微小的切削力。在一个振动周期内,刀具的有效切削时间很短,绝大部分时间里刀具与工件切屑完全分离,这种断续切削的方式大大减少了切削热量的产生,避免了普通切削时的“让刀”现象,提高了加工精度。同时,切削力的减小也降低了工件的变形和刀具的磨损。
        冷却液的使用:为了进一步提高加工效率和延长刀具寿命,通常会使用冷却液。冷却液不仅可以带走切削热,降低刀具和工件的温度,还能冲走切屑,保持刀具的清洁,减少刀具与切屑之间的摩擦和粘附。常用的冷却液有水基溶液、油基溶液等。

    性能优势
        提高加工精度:超声振动使刀具与工件之间呈脉冲式接触,切削力大幅减小,可有效抑制加工过程中的颤振现象,从而提高加工精度,尤其适用于精密模具、航空航天零部件等对尺寸精度和表面质量要求的零件加工。
        改善加工表面质量:能够获得光滑的表面,显著降低工件表面的粗糙度,可接近理论粗糙度值,提高工件的表面光洁度和尺寸精度,减少后续加工工序,如研磨、抛光等。
        提高刀具寿命:一方面,切削力的减小减轻了刀具的磨损;另一方面,超声振动有助于清除刀具表面的切屑和杂质,防止刀具表面的附着物堆积,从而延长刀具的使用寿命。
        扩大加工范围:可以加工各种硬脆性材料、难加工材料以及复合材料等,如陶瓷、石英、玻璃、钛合金等,为这些材料的高精度加工提供了有效的解决方案。

    应用领域

        精密模具制造:在模具制造中,用于型腔、型芯等关键部位的加工,能够获得高的表面光洁度和尺寸精度,从而提高模具的使用寿命和产品质量。例如,在汽车覆盖件模具、电子产品外壳模具等的制造中发挥重要作用。

        航空航天零部件加工:航空航天零部件对表面质量和尺寸精度有着的要求,超声镜面加工刀柄能够满足这些要求,特别是在加工钛合金、高温合金等难加工材料时表现出色,可用于制造飞机发动机叶片、机翼等关键部件。

        医疗器械制造:医疗器械对表面质量和尺寸精度的要求同样非常高,超声镜面加工技术可以在不损伤材料的前提下实现高精度加工,适用于手术器械、植入物等关键部件的制造。

        光学玻璃加工:光学玻璃需要的表面质量和精度,超声镜面加工刀柄可用于光学镜片、棱镜等光学元件的加工,提高其表面的平整度和光洁度,减少光的散射和折射损失。

        电子行业:在电子行业中,可用于加工手机外壳、5G 介质滤波器、陶瓷天线等 3C 产品,以及半导体业的单晶硅加工、过滤器具加工等。

综上所述,超声镜面加工刀柄作为超声波镜面加工技术的核心部件,具有独特的结构特点、多样的材料选择、工作原理和显著的性能优势。它在精密模具制造、航空航天零部件加工、医疗器械制造等多个制造领域发挥着不可或缺的作用,为提高产品质量、降低生产成本、推动技术创新提供了强有力的支持。

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