超声波金属成型：精密制造与应用

本文首先介绍了超声波金属成型 (UMF)，概述了其原理以及与传统方法相比的优势。 在利用声波控制材料的部分，讨论了声波软化现象及其温度效应。随后，文章探讨了超声波在研究和工业中的应用，重点介绍了超声波在生物医学、电子、汽车、航空航天和各种研究应用中的应用。

还研究了超声波频率中的多普勒效应对过程控制的影响。该书还涉及超声波材料测试，详细介绍了无损检测技术及其在质量控制方面的应用。然后详细介绍了超声波金属成型工艺，解释了超声波振动的基本原理和机制，以及适合超声波金属成型工艺的材料。临床应用部分介绍了超声波的诊断成像和治疗用途。

超声波金属成型：精度和高级用途

超声波金属成型（UMF）是一种高水平的装配工艺，它利用高重复频率的超声波振动对金属材料进行变形，从而实现微型化的目标。在 UMF 中，声触角将高功率超声波运动（20 kHz - 100 kHz）传递给目标工件，通过高张力和快速应变率的混合促使有限的塑性变形。

与传统的减法成型方法相比，超声波金属成型能以接近净精度和更低的工具要求实现金属的精确成型。超声波金属成型背后的重要原理是被称为声松弛的声强合作特性。在超声波频率下，声波能有效地与 金属板制造 工件，通过接触面之间的摩擦升温导致温度瞬时限制性膨胀超过 100°C。

这种温度洪流被束缚在无限小的体积内，在不对周围大量材料进行加热的情况下，推进非常有限的塑料流。通过以定制设计的方式在基材上过滤声波探头，可以逐步将复杂的微型亮点逐层点缀到金属表面。预计可通过超声波金属成型加工的材料包括铝复合材料、铜、钛、预处理、超合金和金属。通过提高丰度、功率、进料速度、基体材料和计算等工艺参数，可实现 10 微米大小的更佳元素目标。

利用声波控制材料

超声波金属成型依赖于声学醇化特性，在这种特性下，聚焦能量的超声波振动耦合到工件中，通过摩擦效应在材料独特的再结晶温度之上产生瞬时的局限性升温。这种醇化使指定的表面区域变得非常柔韧，从而实现精确的塑性变形。

超声波框架的组成部分

在超声波金属成型中，设计好的声探头在基底上进行测试，同时施加 金属成型工艺 20-100 kHz 范围内的振动。随后的声波渗入工件，产生微小的温度波动，迅速松弛精确定位的区域。随后的仪器将这些松弛的区域定格，逐层动态地将材料形成理想的数学模型。

勘探应用

超声波金属框架应用于各种需要微型精密金属零件的企业。在生物医学领域，超声波金属框架可以生产带有空腔、弦和复杂计算的多层面精密小部件。这种交互作用可以制造出尺寸约为几微米的缩小嵌入件。

在硬件方面，UMF 致力于微型连接器引脚、接触测试和适应性电路的开发。其中包括超越加工或投影极限的微米级目标。超声波与 三维打印 进一步提升植入硬件和电路的能力。

汽车行业利用超声波金属成型技术制造用于燃料导流框架的微型测量液体输送部件。航空业利用超声波金属成型技术制造微型涡轮切削刃和需要复杂形状的流体发动机零件。宝石和手表制造行业也受益于超声波金属成形技术对贵金属化合物的逐点设计。

研究将 UMF 用于微型流体材料的测序和调查。防护领域则研究保密涂层和轻质保护层等应用。一般来说，重视微小元件尺寸和复杂计算的企业会发现 UMF 的商业用途非常重要。

多普勒效应

多普勒效应发生时，超声波会从移动的物品上反弹，从而改变其重现性。这种递变与物品的运动速度和方位相对应。在超声波 建筑金属加工 在塑形过程中，可以通过估算多普勒频移来确定工件塑性变形的速度。这为控制和改进整形系统提供了重要依据。

材料测试

非骇人听闻的超声波金属成型测试利用高重复声波的印象来分析潜在的可靠性，而不会对测试材料造成伤害。当超声波在材料中产生不规则声波时，部分声能就会消散。传感器可以识别这些变化，从而发现并描绘出表面的缺陷、空隙、断裂或变化。这种方法经常用于评估金属、评估焊接质量以及识别复合材料或艺术部件的缺陷。反射节拍产生的商标混响可揭示以下基本数据 材料均质性.

极端聚焦应用

极聚焦超声波金属成型通过声空化效应成功实现了清洗应用。细小的真空气泡在被清洗的表面开始、发展并剧烈破裂。由此产生的微型液流和冲击波可将材料彻底排出。超声波喷枪利用这些标准进行脱脂，消除水垢或运动积垢。同样，巨大的超声波清洗槽也能有效地清洗复杂的机加工设备。 钣金成型 或涡轮锋利边缘。其他主要用途还包括超声波加工、穿透和光栅混合焊接，可用于铬镍铁合金或硬质合金嵌入件等高强度机加工化合物。

合成和电气用途

超声波的合成效应来自于有限的电释放和空化。这催化了特定的反应，如氧化、减少和亚原子调整。在某些循环中，超声波还能进一步提高能力、降低温度或提升物品的选择性。其他关键应用还包括超声波雾化、估计流体流动以及通过声学估计研究材料特性。超声波还可用于透皮药物输送和热恶性生长药物的超声波渗透。

临床应用

临床超声包括指示性成像应用和有用的方法。演示性超声波金属成形可唤起组织连接点的回声，从而逐步想象出内部脆弱组织和器官的情况。这种无痛策略有助于对胃、心脏、妇科、泌尿科、眼科和外部肌肉区域进行超声波成像。

在治疗方面，极聚焦超声波（HIFU）集中了声能，可在不进行医疗程序的情况下热疗切除癌症。尽管如此，低功率超声波同样也能在声波透析（用于加速透皮药物输送）、声波透析（用于输送皮肤药物）、超声外科刀片和碎石术（用于清除肾结石）中发挥作用。物理治疗超声波有助于缓解不适、松弛肌肉和进一步提高适应能力。

结论

总之，不同的现代和检查应用都在不断利用超声波金属成型的新型材料交叉检查和控制能力。从材料设计到生物医学创新，各个学科都在不断进步，以适应和协调超声波的特性。大功率换能器计划和控制框架的不断进步保证了其进一步发展。

无论如何，在气蚀伤害、声波流种类和复发附属材料反应等问题上仍存在挑战。对声强连接的进一步重要研究可能会产生更多最新的超声波特性和先进计划。在这些方面取得的进展将使超声波在无损检测、添加物质制造和指定治疗领域保持领先地位。

常见问题

问：超声波焊接的最大厚度是多少？

答：利用超声波金属焊接的最极限可焊接厚度会根据材料的不同而变化，但大体上在 3-5 毫米左右。较厚的区域需要输入更多的超声波能量，这就需要在不产生过热的情况下完成焊接。

问：超声波焊接是否会在任何时候连接特殊材料？

答：的确，超声波金属成型可以将不同材料的混合物交织在一起，无论它们是热塑性的还是具有很大的材料相似性。同样，材料的声阻抗也应严格匹配，以便进行有效焊接。

问：焊接强度是否与组合焊接一样牢固？

答：超声波金属焊接所产生的焊缝在大多数情况下是组合焊缝的主要强度区域。它们能在焊接材料之间实现真正的冶金固定。在任何情况下，厚度超过 5 毫米的极厚区域可能会显示出比某些组合焊接策略略低的强度。

问：超声波金属焊接使用哪种机器？

答：超声波金属成型需要配备超声波传感器、焊接角和铁块组件的特殊机器。它们将高重复频率的电子信号转换为机械振动，从而实现精确的材料成型。

问：超声波焊接需要采取哪些安全防范措施？

答：由于超声波具有高振动能量，因此必须佩戴手套和护目镜等个人防护装备。此外，为确保超声波焊接机的安全运行，还必须对任何蒸汽进行适当的设置和通风。