什么是超音波加工？硬脆性材料的“杀手”

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前不久在CMF设计军团的技术交流群内，有朋友提到超声加工的问题，为了让大家更了解这种工艺，小编特此写了这篇文章，希望对你有所帮助！

注：超声加工覆盖范围性较大，本文是围绕机械加工这一领域进行介绍，由于小编能力有限，如有介绍不全面或理解不对的地方还望大家长按下面二维码加群讨论。

 一、什么是超音波加工？ 

超声加工通俗来讲就是把高频振动的能量附加在机械加工上，用这种能量来进行更高效、更精准的加工。由于这种工艺是在超声波的帮助下，再硬的产品也可以通过较小的力度和较高的进给功率进行加工。特别是对一些难加工、对表面处理要求高的产品有着很大的优势。超声加工的种类比较多，比如超声焊接、钻孔、打磨抛光、切削等。如果按照工艺属性来分的话，包括超声复合加工、微细超声加工等，这些都是基于工艺本身上的延展。

为了让大家更好的理解这种加工原理，我们看一段一分钟视频：

超声加工的设备非常关键，决定超声能量的稳定性与适应性，一般会有专门的超音波主轴、超音波换能器、超音波刀柄等零部件，目前超音波加工的技术差异大多在于设备上，先进设备企业主要在德国、美国等。不过目前国内设备厂也在不断研发，赶超国外设备技术。

图 超音波机床，来自光巨精机官网

图 超声主轴，来源于昊志机电官网

在实际超音波加工过程中，振动磨削是最优也是最高效的一种加工方式，整个过程是电能转化为机械能，工具自身的高频振动、旋转及多方位进给运动，对工件表面可以达到一种千锤百炼的加工效果。

超音波可加工的材料种类较多，除了不锈钢等难加工金属，对陶瓷、玻璃、蓝宝石、碳纤维等硬脆性材料有着非常大的加工优势。广泛应用于手机等3C、医疗、汽车、军工、半导体、航天等领域。

 二、相比于传统CNC，超音波加工的优势有哪些？

1. 耗材的寿命

对于CNC这类加工设备来说，刀具的使用寿命直接影响加工精度、效率及成本，超音波加工由于力度和热负荷都比较小，因此对刀具及工件的损坏度很小，并且可以极大提升其切削等加工能力，即使加工如不锈钢、陶瓷这类材料也是如此。一般情况下很难出现烧毁、折断、磨损量巨大的情况，比如一个铣头能加工多达十到二十几个工件。

2. 产品表面质量

超音波的加工及刀纹痕迹不明显，采用这种加工方式可以极大提升产品表面质量。

超音波加工产品表面粗糙度更低，减少后续打磨抛光工艺难度，对整个工艺制程效率、良率及成本都有极大改善。

3. 加工效率及良率

超音波加工相比于传统CNC，效率更高，大概能提升4-5倍的速度。

4. 加工精准度

超音波加工精度更高，尺寸稳定性好，可以有效控制应力变形等问题，在薄壁产品加工上的优势更大。

图 超音波薄壁加工

 小结 

一直以来，超声加工的技术都在飞速发展，可以更高效、高精度的加工陶瓷、蓝宝石等硬脆性材料，优势显著。从早期的军工航天等领域已慢慢扩展到手机等消费电子、汽车及医疗等行业，比如手机的玻璃及陶瓷后盖、不锈钢框体、精密模具等产品。很多国内外专家、企业都在不断深入研究，寻求更多的技术本身、跨界、复合工艺（与其他工艺结合等）应用、成本等方面的突破，未来发展前景广阔。

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