超聲波拋光是超聲波加工的一種特殊應(yīng)用，超聲波拋光是利用工具端面作超聲頻振動，迫使磨料懸浮液對硬脆材料表面進(jìn)行加工的一種方法。它對工件只進(jìn)行微量尺寸加工，加工后能提高表面精度。超聲波拋光不但可減小工件表面粗糙度，甚至可得到近似鏡面的光亮度。

　　超聲波拋光機(jī)的組成:超聲波拋光機(jī)的功率大小和結(jié)構(gòu)形狀雖有所不同，但其組成部分基本相同，一般主要由超聲波發(fā)生器、換能器和機(jī)械振動系統(tǒng)3部分組成。

　　(1)超聲波發(fā)生器

　　超聲波發(fā)生器的作用是將50Hz的交流電轉(zhuǎn)變成具有一定功率輸出的超聲波

　　電振蕩，以提供工具端面往復(fù)振動和去除被加工材料的能量。基本要求：輸出功率和頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，最好能具有對共振頻率自動跟蹤和自動微調(diào)的功能，此外要求結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜、體積小等。

　　(2)機(jī)械振動換能器

　　換能器的作用是將超聲波電振蕩轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動。目前換能器有壓電效應(yīng)式和磁致伸縮效應(yīng)式兩種。

　　1)壓電效應(yīng)式。石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛(壓電陶瓷)等物質(zhì)在受到機(jī)械壓縮或拉伸變形時，在它們兩對面的介面上將產(chǎn)生一定的電荷，形成一定的電勢;反之，在它們的兩介面上加以一定的電壓，則產(chǎn)生一定的機(jī)械變形，這一現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

　　石英晶體的伸縮量太小，3 000V電壓才能產(chǎn)生0.01拉m以下的變形。鈦酸鋇的壓電效應(yīng)比石英晶體大20一30倍，但效率和機(jī)械強(qiáng)度不如石英晶體。鋯鈦酸鉛具有二者的優(yōu)點(diǎn)，一般可用作超聲波清洗和小功率超聲波拋光機(jī)的換能器。壓電效應(yīng)式換能器。將鋯鈦酸鉛制成圓形薄片，兩面鍍銀，經(jīng)高壓直流電進(jìn)行極化處理，一面為陽極，一面為陰極。使用時將兩片疊在一起，陽極在中間，陰極在兩側(cè)，用螺釘夾緊。為了導(dǎo)電引線方便，常用鎳片夾在兩壓電陶瓷片陽極之間作為接線端片，陽極必須與設(shè)備絕緣。

　　2)磁致伸縮效應(yīng)式。鐵、鈷、鎳及其合金的長度能隨著所處的磁場強(qiáng)度的變化而伸縮的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。其中：鎳在磁場中的最大縮短量為其長度的0.004%，鐵和鈷則在磁場中伸長，當(dāng)磁場消失后又恢復(fù)原有尺寸。

　　為減少高頻渦流損耗，生產(chǎn)實(shí)際中常用純鎳片疊成封閉磁路的鎳棒換能器，如圖10一13所示。在兩芯柱上同向繞以線圈，通人高頻電流使之伸縮，與壓電效應(yīng)式相比，它有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較大的輸出功率，常用于中功率和大功率的超聲波拋光機(jī)中。其缺點(diǎn)是鎳片的渦流發(fā)熱損失較大，能量轉(zhuǎn)換效率較低，故加工過程中需用風(fēng)或水冷卻，否則隨著溫度升高，磁致伸縮效應(yīng)變小甚至消失，也可能把線圈繞組溝的絕緣材料燒壞。

　　(3)變幅桿

　　超聲波拋光需0.01～O.02mm的振幅，壓電效應(yīng)式或磁致伸縮效應(yīng)式所產(chǎn)生的變形量都很小，不能直接用來加工。因此，必須通過一個上粗下細(xì)的桿子將振幅加以放大，此桿稱為變幅桿，也稱為振蕩擴(kuò)大棒。

　　變幅桿的形式有圓錐形、指數(shù)形和階梯形等。變幅桿之所以能擴(kuò)大振幅，是由于通過它每一截面的振動能量是不變的，截面小的地方能量密度大。變幅桿大端與換能器的軸截面相連，所以連接面的截面大，而工作端截面小。因此，它可以將換能器的振幅擴(kuò)大，滿足超聲加工的需要。

　　為了減少超聲振動在傳遞過程中的損耗和便于操作，拋光工具直接固定在變幅桿上，變幅桿和換能器設(shè)計(jì)成手持式工具桿的形式，并通過彈性軟軸與超聲波發(fā)生器相連接：工具和變幅桿之問采用機(jī)械或膠合方式相連接。超聲波機(jī)械振動經(jīng)變幅桿擴(kuò)大振幅后傳給工具，工具沿軸向振動。

　　超聲波拋光工具分固定磨料拋光工具和游離磨料拋光工具，工具頭的形狀應(yīng)該和模具拋光型腔的形狀相適應(yīng)。固定磨料式工具頭有金剛石油石、電鍍金剛石銼刀、剛玉油石等，這類磨料用于粗拋光。游離磨料式工具頭采用硬木和竹片等材料，拋光時在拋光面涂以研磨粉和工作液的混合劑，用于精拋光。研磨粉是氧化鋁、碳化硅等，工作液用煤油、汽油或水。

　　超聲波拋光基本原理

　　超聲波拋光的作用是降低表面粗糙度。超聲波拋光的主要作用是磨料在超聲振動下的機(jī)械撞擊和拋磨。拋光時，拋光工具和工件之問加入由磨料和工作液組成的磨料懸浮液，并使拋光工具對工件保持3—5N的靜壓力，推動拋光工具以10—30次/min的頻率作平行于工件表面的往復(fù)運(yùn)動，換能器通入50Hz的交流電，產(chǎn)生16 0001~{z以上的超聲頻縱向振動，并借助變幅桿3把位移振幅放大到0.05～0.1mm左右，驅(qū)使拋光工具端面作超聲振動，迫使工作液中的懸浮磨料以很大的速度和加速度不斷地撞擊、拋磨被加工表面，使被加工表面的材料不斷遭到破壞，并粉碎成很細(xì)的微粒，從材料上打擊下來，實(shí)現(xiàn)微切削作用。

　　所謂空化作用是當(dāng)產(chǎn)生正面沖擊時，促使工作液鉆入被加工表面的微裂處，加速了機(jī)械破壞作用。在高頻振動的某一瞬問，工作液又以很大的加速度離開工件表面，工件表面的微細(xì)裂紋間隙形成負(fù)壓和局部真空。同時在工作液內(nèi)也形成很多微空腔，當(dāng)工具端面以很大的加速度接近工件表面時，迫使空泡閉合，引起極強(qiáng)的液壓沖擊波，強(qiáng)化了加工過程。

　　超聲波拋光的特點(diǎn) .

　　1)適用于加工硬脆材料及不導(dǎo)電的非金屬材料。

　　2)拋光工具對工件的作用力和熱影響小，不會產(chǎn)生變形、燒傷和變質(zhì)層，表面的加工量非常微小，加工精度可達(dá)0.01—0.02mm，表面粗糙度尺?？蛇_(dá)0.012汕m。

　　3)可以拋光薄壁、薄片、窄縫及低剛度零件。

　　4)超聲波拋光設(shè)備簡單，使用和維修方便，操作容易，效率高。

　　5)由于拋光時工具頭無旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，工具頭可以用軟材料做成復(fù)雜形狀，可以拋光復(fù)雜的型孔和型腔表面。

　　超聲波拋光工藝

　　(1)拋光余量

　　模具成形表面經(jīng)過電火花精加工之后，進(jìn)行超聲波拋光時的拋光余量一般控制在0.02～0.04mm之內(nèi)，特殊情況下拋光余量可小于或等于0.15mm。

　　(2)拋光方式

　　拋光一般要經(jīng)過粗拋、細(xì)拋和精拋幾個階段。粗拋光時采用固定磨料或采用180。左右的磨料進(jìn)行拋光;細(xì)拋光時采用游離磨料方式，磨料粒度為W40左右;最后精拋光時采用W5～W3.5的磨料進(jìn)行干拋(不加工作液)。每次更換磨料時，都應(yīng)該將工具頭和拋光表面清洗干凈。