1927年,美國物理學家伍德和盧米斯最早作了超聲加工試驗,利用強烈的超聲振動對玻璃板進行雕刻和快速鑽孔,只是當時並未將其應用在工業上。一直到1951年,美國的科恩才製成第一臺實用的超聲加工機。
超聲波加工是利用超聲振動工具在有磨料的液體介質中或幹磨料中產生磨料的衝擊、拋磨、液壓衝擊及由此產生的氣蝕作用來去除材料,或給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動進行振動加工,或利用超聲振動使工件相互結合的加工方法。
當超聲波隨著技術的發展越來越廣為人們所應用,超聲加工也在幾十年裡得到了迅猛發展,尤其是在難加工材料領域解決了很多關鍵的工藝問題,不僅是克服了一些特殊材料不易被加工的缺點,而且還提高了加工精度,縮短了加工時長,提高了效率,市場前景廣闊。
目前,超聲加工已廣泛應用於複合航空航天材料、汽車工業、晶片製造等領域。據統計,到2021年,全球超聲設備市場將從2016年的316億美元增至545億美元,年均複合增長率(CAGR)為11.5%。
在前不久剛結束的中國河姆渡(餘姚)第四屆全球智能製造創業創新大賽總決賽上,就有一支年輕的團隊憑藉其「大功率工業超聲波智能加工設備及其核心器件產業化」項目一舉拿下大賽一等獎,並將在餘姚人才創業園落戶。
超聲加工技術主要包括兩大組成部分:超聲波發生器(超聲電源)和超聲振動系統(換能器、變幅杆和工具頭等)。作為核心部件之一的超聲電源需要將工頻50Hz、220V交流電轉換成超聲電信號,以激勵換能器實現電聲轉換。而另一項核心部件的超聲換能器的關鍵則是具有大機電耦合係數、低介電損耗、高Q-值、高機械強度、高擊穿電壓等多種特性的大功率壓電材料。
該創業團隊長期從事超聲器件研究,其研發的超聲電源實現了毫秒級頻率跟蹤,並且擁有高精度振幅控制。團隊的另一款核心產品新型納米複合功率型壓電陶瓷,同樣在各項性能上優於國外同類產品,為製備高性能超聲換能器提供了保障。
近年來,餘姚全力培育智能製造產業集群,吸引了一大批高層次人才落戶餘姚。落戶餘姚人才創業園後,該創業團隊希望能以此提升國內整體行業水平,並填補國內在高端超聲加工設備領域的空白。