超声振动加工在磨削领域国内专利技术发展趋势分析

2017-09-05胡琰琰

山东工业技术 2017年15期

摘要：超声振动磨削技术主要应用于硬脆材料及非金属材料的加工。超声振动的应用，实现了对难加工材料的加工，提高了加工效率和精度。本文首先分析了超声振动加工的关键技术及其分类，再对国内的专利申请总量和分布以及各技术分支的发展趋势进行了分析，最后对超声振动磨削加工的发展进行了展望。

关键词：超声振动；磨削加工；专利；发展趋势

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.027

超声振动磨削加工主要由超声波发生器产生的高频电振荡信号经超声换能器转换成超声频机械振动，超声振动振幅由变幅杆放大后驱动磨削工具产生相应频率的振动，使刀具与工件之间形成周期性的切削[1]。本文将从超声振动磨削加工关键技术分析和超声振动磨削加工发展趋势两个方面进行分析。

1 超声振动磨削加工关键技术分析

超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是超声设备的核心部分。

根据磨削工具的不同，超声振动磨削加工可分为三大类：①超声振动砂轮磨削加工，例如广东工业大学申请的专利（CN101823216A）一种超声磨削设备，②超声振动磨料加工，例如湖南大学申请的专利（CN101844320A）中涉及的一种曲面零件的精密高效抛光方法及装置，③超声振动复合加工，例如北京市电加工研究所申请的专利（CN1007135U）中涉及的一种电火花超声波复合技工方法及脉冲与超声波发生装置。

而超声振动砂轮磨削加工根据超声源的不同则又分为一维、二维、三维超声振动磨削；超声振动磨料加工利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料[2]，其最为典型的应用为采用超声振动抛光液去除毛刺；超声复合加工则根据复合介质的不同分为超声复合电加工和超声复合束流加工。

2 超声振动磨削加工发展趋势

2.1 超声振动磨削加工发展趋势

从图1超声振动磨削加工专利申请总量年度发展趋势来看，超声振动磨削加工申请自1987年在中国出现以来，其技术发展经历了三个阶段：1987-1999年为摸索阶段，在此期间国内申请量较小；2000-2010年为稳步增长阶段，在此期间随着国内超声振动加工的普及，其在磨削领域应用逐步完善；2011-2014年为大量申请阶段，随着需求量的增加，在此期间，国内的申请量出现井喷式增长。

2.2 超声振动磨削加工国内申请分布

国内浙江、江苏、广东、北京制造业发达的省市相关申请较多。河南的相关申请也很多，其申请人主要集中在高校。

2.3 超声振动磨削加工各分支发展趋势

超声振动磨削加工中，砂轮磨削加工发展申请量较多，呈逐步上升的趋势。而超声振动磨料磨削和超声振动复合磨削加工则从2004才开始逐步发展。

2.3.1 超声振动砂轮磨削加工发展趋势

超声振动砂轮磨削加工是对工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工，从而实现工件的材料磨削。

根据超声振动源的不同，又分为一维、二维、三维加工。从图3可以看出，一维超声振动磨削加工的应用较为广泛，而二维超声振动磨削加工的申请量较小，三维超声振动磨削加工最少。其中二维超声振动磨削加工的兴起，主要是因为超声椭圆振动加工的广泛应用。

2.3.2 超声振动磨料加工发展趋势

2008、2012年关于超声振动磨料加工的申请量呈跳跃式增长。这主要是因为，采用超声振动去除毛刺的广泛应用。

2.3.3 超声振动复合加工发展趋势

超声振动复合加工是指同时在加工部位上组合两种或将两种以上的不同类型能量对工件材料进行加工的工艺方法。其能够大大提高加工的效率和稳定性。根据材料加工需求，其主要分为两大类，即与电火花或者电解等的电加工复合、与磁流变或者激光等的束流加工的复合。從2004年开始，超声复合加工申请量逐步增加。

3 结语