特种加工技术

第五章其他特种加工技术5.1激光加工技术5.2电子束和离子束加工5.3超声波加工技术5.1激光加工技术1.激光的特性1)强度高2)单色性好3）相干性好4)方向性好激光加工示意图1234561—激光器；2—激光束；3—全反射棱镜；4—聚焦物镜；5—工件；6—工作台1234561—激光器；2—激光束；3—全反射棱镜；4—聚焦物镜；5—工件；6—工作台2.激光加工的原理与特点1)激光加工的原理(1)几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。(2)激光能聚焦成极小的光斑。(3)可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其它地点进行加工。(4)加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。(5)无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。2)激光加工的特点1)激光器2)导光聚焦系统3)激光加工系统3.激光加工基本设备及其组成部分4.激光加工的应用1）激光打孔2)激光切割3)激光打标4)激光焊接5)激光表面处理平面镜激光束辅助气体钛合金喷嘴聚焦透镜激光器图5-2CO2气体激光器切割钛合金示意图图5-3振镜式激光打标原理激光束光束准直振镜Y轴马达透镜图5-4激光焊接过程示意图12341—激光；2—被焊接零件；3—被熔化金属；4—已冷却的熔池12341—激光；2—被焊接零件；3—被熔化金属；4—已冷却的熔池图5-5激光表面强化处理应用实例淬硬表面淬硬表面(a)圆锥表面(b)铸铁凸轮轴表面5.2电子束和离子束加工一、电子束加工1.加工原理电子枪系统聚焦系统电子束工件抽真空系统电源及控制系统电子束加工原理2．特点与应用电子束加工的特点如下：1)电子束能够极其微细地聚焦(可达l～0.1μm)。2)加工材料的范围广。3)加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。4)电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较贵，故在生产中受到一定程度的限制。图5-13电子束加工的喷丝头异形孔0.03～0.07mm图5-14电子束加工曲面、穿孔1323(a)(b)(c)(d)1—工件；2—工件运动方向；3—电子束二、离子束加工1．加工原理离子束加工也是一种新兴的特种加工，它的加工原理与电子束加工原理基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面的加工部位以实现加工的。离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。离子束加工可分为四类。1)离子刻蚀2)离子溅射沉积3)离子镀(又称离子溅射辅助沉积)4)离子注入2．特点及应用离子束加工有如下特点：(1)离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。(2)离子束加工在高真空中进行，污染少。(3)离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用。5.3超声波加工技术1．超声波加工的原理与特点1)加工原理加工力工具工件振动方向磨料＋工作液工具振幅超声波加工原理图2)特点(1)适合于加工各种硬脆材料。也可以加工淬火钢和硬质合金等材料。(2)由于工具可用较软的材料、做成较复杂的形状。(3)加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。(4)加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。(5)生产率较低。2.超声波加工设备123456781—冷却器；2—磨料悬浮液抽出；3—工具；4—工件；5—磨料悬浮液送出；6—变幅杆；7—换能器；8—高频发生器超声波加工装置1)高频发生器2)声学部件(a)锥形(b)指数形(c)阶梯形几种形式的变幅杆3)机床本体和磨料工作液循环系统3．超声波加工的应用超声波加工的生产率虽然比电火花、电解加工等低，但其加工精度和表面粗糙度都比它们好，而且能加工半导体、非导体的脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、锗、硅甚至金刚石等。在实际生产中，超声波广泛应用于型(腔)孔加工、切割加工、清洗等方面。超声波加工的型孔、腔孔类型(a)加工圆孔(b)加工型腔(c)加工异形孔(d)套料加工(e)加工微细孔超声波切割加工123454321(a)超声切割单晶硅片示意图1—变幅杆；2—工具(薄钢片)；3—磨料液；4—工件(单晶硅)(b)刀具1—变幅杆；2—焊缝；3—铆钉；4—导向片；5—软钢刀片(c)切割成的陶瓷模块超声波清洗装置1234567891—清洗槽；2—变幅杆；3—压紧螺钉；4—压电陶瓷换能器；5—镍片(＋)；6—镍片(－)；7—接线螺钉；8—垫圈；9—钢垫块a1a2a3r1(a)型腔A1A2A3R1R2r2(b)电极复习电极的水平尺寸可用下式确定：a=A±K·b式中：a——电极水平方向的尺寸；A——型腔的水平方向的尺寸；K——与型腔尺寸标注法有关的系数；b——电极单边缩放量，粗加工时，b=δ1+δ2+δ0a=A±Kb中的±号和K值的具体含义如下：(1)凡图样上型腔凸出部分，其相对应的电极凹入部分的尺寸应放大，即用“+”号；反之，凡图样上型腔凹入部分，其相对应的电极凸出部分的尺寸应缩小，即用“-”号。A4A3a3a4a5A5A6a6bA2a2a1A1(2)K值的选择原则：当图中型腔尺寸完全标注在边界上(即相当于直径方向尺寸或两边界都为定形边界)时，K取2；一端以中心线或非边界线为基准(即相当于半径方向尺寸或一端边界定形另一端边界定位)时，K取1；对于图中型腔中心线之间的位置尺寸(即两边界为定位尺寸)以及角度值和某些特殊尺寸，电极上相对应的尺寸不增不减，K取0。对于圆弧半径，亦按上述原则确定。根据以上叙述，在上图中，电极尺寸a与型腔尺寸A有如下关系：a1=A1，a2=A2-2b，a3=A3-b，a4=A4，a5=A5-b，a6=A6+b线切割3B代码程序格式线切割加工轨迹图形是由直线和圆弧组成的，它们的3B程序指令格式如下表所示。表3B程序指令格式BXBYBJGZ分隔符X坐标值分隔符Y坐标值分隔符计数长度计数方向加工指令注：B为分隔符，它的作用是将X、Y、J数码区分开来；X、Y直线的终点或圆弧起点的坐标值；J为加工线段的计数长度；G为加工线段计数方向；Z为加工指令。用3B代码编制加工图所示的线切割加工程序。已知线切割加工用的电极丝直径为0.18mm，单边放电间隙为0.01mm，图中A点为穿丝孔，加工方向沿A—B—C—D—E—F—G—H—A进行。GFEDCBHA80340R20(a)零件图(b)钼丝轨迹图GFHBACDE某厂用NaCl电解液电解加工一批零件，要求在64mm厚的低碳钢板上加工φ25mm的通孔。已知中空电极内孔直径为φ13.5mm，每个孔限5min加工完，求需用多大电流？如电解电流用5000A，则电解时间需多少？