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【科技成果推介】超声特种加工技术：实现高效精密加工的新路径
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在航空航天器冲破云霄的瞬间，在半导体芯片承载万亿计算的微观世界，在医疗植入体与生命共舞的精密维度，现代工业正以前所未有的速度向高性能、高复杂度迈进。然而，光学玻璃、工程陶瓷、钛合金等先进材料的广泛应用，却让传统机械加工陷入“硬骨头难啃”的困境——崩边、毛刺、刀具磨损、效率低下，成为制约高端制造的核心痛点。
如何破局？清华大学智能制造与精密加工团队以十年磨一剑的科研积淀，构建起从基础机理到智能装备的完整技术生态，让"削铁如泥"的制造神话走进现实。下面由小编带着大家一起了解吧~
【技术研发：从理论突破到工艺革新】
超声加工技术是一种通过超声波振动能量实现难加工材料精密去除的特种加工技术，该技术是将超声波振动能量通过一系列结构的传播和变换实现将能量聚焦在刀具的工作区域，从而形成被切削材料的冲击去除效果，提高众多难加工材料的可加工性能。超声加工过程中，刀具在常规机床主轴旋转运动的基础上，叠加超声频率、振幅为几微米到几十微米的纵振、扭振或纵扭复合振动等运动。
团队聚焦旋转超声加工机理与工艺、大功率旋转超声加工系统与装备、智能超声控制系统研发，为硬/软脆难加工材料提供高效精密低损伤加工解决方案。
超声加工工艺原理
【科技创新：材料与装备的双重革命】
1. 工艺原理创新
超声特种加工通过高频振动引导材料切削，显著提升了加工效率，减少了刀具磨损，尤其在硬脆材料、复合材料、软脆材料、合金材料等的加工中展现出了前所未有的优势。无论是光学玻璃、蓝宝石，还是钛合金、芳纶纸蜂窝，超声加工技术都能够实现低损伤、高精度、高效能的加工，解决传统方法难以克服的加工难题。
2. 装备研制创新
团队研发了具有完全自主知识产权的高性能旋转超声加工装备——包括超声驱动控制器、大功率换能器、超声集成刀柄等部件，通过成果转化成立了深圳市青鼎装备有限公司，推出了32种规格型号的旋转超声加工集成刀柄系列。
该装备具备以下显著优势：
（1）卓越的超声控制能力
超声系统具备自动频率搜索、频率高速追踪、宽频自动矫正、精确频率能量输出、功率自适应调节、系统过载保护、自动频率校对等领先性能。
（2）高效精密的加工能力
超声技术产品可以有效地解决硬脆材料、复合材料、难加工金属的精密加工难题，提高材料的可加工性，提高加工效率、提升表面加工质量、减小崩边与毛刺等。
（3）多场景适应能力
超声系统可在不同应用场景为机械加工赋能，如:数控加工、焊接、强化、抛光等，实现超声应用。
【应用案例：从实验室突破到工程应用】
一、技术创新应用：超声特种加工的实践突破
1. 超声磨削/铣削
在超声精密加工中，超声磨削和铣削技术不仅能显著减少刀具磨损，还能提高加工效率。如在陶瓷材料加工中，刀具寿命可延长2倍以上，切削力降低50%-80%，有效提升了生产效率，减小材料崩边，改善了表面质量。
2. 硬脆材料加工应用
超声加工在硬脆材料如光学玻璃、蓝宝石等的加工中展现了优异的性能，能够实现零部件的高效率、高精度、高表面质量加工。
3. 复合材料加工应用
超声加工可有效加工碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、蜂窝芯材料、陶瓷基材料、金属基材料等先进复合材料，可以提高复合材料的加工效率，减缓刀具磨损，减少加工毛刺，减少粉尘。
4. 难加工金属材料和结构加工应用
超声加工不仅能提升钛合金、高温合金等难加工金属材料的加工效率，还能有效减少刀具磨损，确保零部件的精度和表面质量，为高端制造业提供了坚实的技术保障。
二、产业化布局：高性能装备的系统化应用
依托自主研发的超声特种加工技术，团队不仅突破了核心工艺难点，还推动了技术的产业化应用。目前，超声加工技术已广泛应用于高端制造领域，并形成了完整的装备体系，涵盖超声加工核心系统、超声加工机床、超声加工工艺方案服务等，为用户提供一站式解决方案。
- 超声加工核心系统
团队自主研发的超声加工系统，具备多种标准接口、多种振动模式及多样化工艺，并融合智能控制算法，能够精准适配多类数控设备，为高精度、高效率的加工提供稳定可靠的技术支撑。
2. 超声加工机床
通过超声系统与多种数控系统的深度集成，成功开发并实施了百余种典型难加工材料的精密加工工艺，大幅提升了制造企业的加工效率。
高性能超声加工装备
2. 超声工艺方案服务
凭借深厚的技术积累，为企业提供定制化的超声加工工艺优化服务，包括刀具设计、工艺参数优化及加工方案制定，助力企业实现更高效、更精准的生产目标。
目前，已为数十家单位提供超声加工系统定制服务，并成功交付多款超声加工机床，推动超声特种加工技术从实验室走向实际生产，为航空航天、医疗、半导体、消费电子、汽车制造等行业提供了强有力的技术支持。
从实验室的惊鸿一瞥到生产线的雷霆万钧，超声加工技术正以摧枯拉朽之势，重新定义精密制造的边界。
智能制造与精密加工研究中心简介
清华大学天津高端装备研究院智能制造与精密加工研究中心主要从事智能制造系统与装备、先进制造装备数字化设计、精密加工技术研究与转化。中心由清华大学机械系张建富教授领衔，现有教授4名，副教授4名，助理研究员1名，博士后、博士、工程师等研发人员60余名。团队成员近几年承担国家重点研发计划、国家科技重大专项、国防基础科研重大项目、国家自然科学基金、航空工业重大智能制造项目等40余项，发表论文200余篇，申请及获授权发明专利80余项，在智能制造系统、旋转超声加工系统、装备数字化设计、精密加工工艺、AR辅助装配等方向形成了系列研究成果，获北京市、辽宁省等省部级奖励11项。
技术对接、业务洽谈
联系人：张翔宇
电话：022-84819337
邮箱：cim@tsinghua-tj.org
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