第九章 其他現(xiàn)代加工方法【優(yōu)質(zhì)教育】

1、第九章 其他現(xiàn)代加工方法,第一節(jié) 化學(xué)加工 第二節(jié) 等離子加工 第三節(jié) 擠壓珩磨 第四節(jié) 水射流切割 第五節(jié) 磁性磨料研磨和磁性磨料電解研磨加工 第六節(jié) 鋁合金微弧氧化表面陶瓷化處理技術(shù),1,全面分析,第一節(jié) 化學(xué)加工Chemical Machining，CHM,利用酸、堿或鹽的溶液對(duì)工件材料的腐蝕溶解作用，以獲得所需形狀、尺寸或表面狀態(tài)的工件的特種加工 應(yīng)用： 化學(xué)銑切 光化學(xué)腐蝕 化學(xué)拋光 化學(xué)鍍膜,2,全面分析,一、化學(xué)銑切Chemical Milling，CHM,一）化學(xué)銑切的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍 1、原理：大面積、深尺寸的化學(xué)蝕刻,3,全面分析,2、特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 加工任何難切削金屬

2、適于大面積加工、多件加工 加工中無(wú)應(yīng)力、裂紋、毛刺，Ra2.5-1.5 加工操作技術(shù)簡(jiǎn)單,4,全面分析,2、特點(diǎn) 缺點(diǎn) 不適宜加工窄而深的槽和型孔，難以加工出尖角或深槽 原材料中缺陷和表面不平度、劃痕等不易消除 腐蝕液對(duì)設(shè)備和人體有危害、不環(huán)保 化學(xué)銑削不適合于加工疏松的鑄件和焊接的表面 不高，一般為0.050.15毫米,5,全面分析,3、應(yīng)用范圍 化學(xué)銑削適合于在薄板、薄壁零件表面上加工出淺的凹面和凹槽 如飛機(jī)的整體加強(qiáng)壁板、蜂窩結(jié)構(gòu)面板、蒙皮和機(jī)翼前緣板等。 用于減小鍛件、鑄件和擠壓件局部尺寸的厚度，以及蝕刻圖案等，加工深度一般小于13毫米,6,全面分析,二）、工藝過(guò)程 1、工件表面預(yù)處理

3、、涂保護(hù)膠、固化、刻型、腐蝕、清洗和去保護(hù)層等工序 2、保護(hù)膠一般用氯丁橡膠或丁基橡膠等 3、刻型一般用小刀沿樣板輪廓切開保護(hù)層，并使之剝除,7,全面分析,二、光化學(xué)腐蝕加工Optical Chemical Machining，OCM,照相復(fù)制和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的技術(shù)，在工件表面加工出精密復(fù)雜的凹凸圖形，或形狀復(fù)雜的薄片零件的化學(xué)加工法 包括光刻、照相制版、化學(xué)沖切(或稱化學(xué)落料)和化學(xué)雕刻等 與化學(xué)蝕刻區(qū)別： 不用人工刻形、劃線，用照相感光確定工件表面要蝕刻的圖形,8,全面分析,一）照相制版原理和工藝,1、原理 利用照相復(fù)制和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的技術(shù)制取金屬印刷版的化學(xué)加工方法 光刻和化學(xué)雕刻等加

4、工工藝的基礎(chǔ),9,全面分析,2、工藝過(guò)程,過(guò)程： 1）把所需文字和圖像按要求縮放到底片上，再將底片貼合在涂有感光膠的金屬板上進(jìn)行曝光，經(jīng)過(guò)顯影在金屬板上形成所需要文字或圖像的感光膠膜 2）對(duì)膠膜進(jìn)行抗蝕性處理，使之成為一種有很強(qiáng)的耐酸堿性、有光澤的琺瑯質(zhì)薄層。 3）再將金屬板浸入硝酸或三氯化鐵溶液中，無(wú)琺瑯質(zhì)膠膜的金屬表面便被腐蝕溶解，形成凸出的文字或圖像的印刷版,10,全面分析,二）光刻加工的原理和工藝,1.原版制作 2.光刻 涂膠 暴光 顯影與烘片 刻蝕 剝膜與檢查,11,全面分析,光學(xué)光刻,原理與印像片相同，只是用涂覆了感光膠(抗蝕劑)的硅片取代了相紙，掩模版取代了底片,12,全面分析,

5、曝光：將掩模覆蓋在涂有光刻膠的硅片上，掩模相當(dāng)于照相底片，一定波長(zhǎng)的光線通過(guò)這個(gè)“底片”，使光刻膠獲得與掩模圖形同樣的感光圖形。 顯影與后烘：曝光之后進(jìn)行顯影、定影、堅(jiān)膜等步驟，在光刻膠膜上有的區(qū)域被溶解掉，有的區(qū)域保留下來(lái)，形成了版圖圖形。 刻蝕：把經(jīng)曝光、顯影后光刻膠微圖形中下層材料的裸露部分去掉，即在下層材料上重現(xiàn)與光刻膠相同的圖形,光刻工藝過(guò)程,13,全面分析,光刻工藝圖示,涂光刻膠,曝光,顯影與后烘,腐蝕,剝膠,14,全面分析,光刻加工過(guò)程,15,全面分析,第二節(jié) 等離子加工Plasma Arc Machining，PAM,一、基本原理 1、等離子體： 高溫電離的氣體 氣體原子或分子

6、在高溫下獲得能量后離解成帶正電荷的離子和帶負(fù)電的自由電子 整體正負(fù)電荷數(shù)值相等,16,全面分析,2、等離子弧加工 利用電弧放電使氣體電離成過(guò)熱的等離子氣體流束，靠局部熔化及氣化來(lái)去除材料,17,全面分析,精密等離子弧切割割嘴原理a）普通雙氣等離子弧切割 b）精密等離子弧切割,18,全面分析,第三節(jié) 擠壓珩磨,又稱為流動(dòng)磨料加工，主要用于復(fù)雜零件內(nèi)外表面的拋光及去毛刺。 采用一種含有磨料的具有粘彈性的物質(zhì)做為擠壓珩磨介質(zhì)，在一定壓力下強(qiáng)迫在被加工表面流過(guò)，由磨料顆粒的刮削作用去除工件表面微觀不平材料的加工方法,19,全面分析,擠壓珩磨應(yīng)用,20,全面分析,21,全面分析,工作原理,加工裝置,噴嘴

7、材料及工作條件,第四節(jié) 水噴射加工,利用超高壓水（或水與磨料的混合液）對(duì)工件進(jìn)行切割（或打孔），又稱高壓水切割，或“水刀,22,全面分析,水噴射加工,23,全面分析,水噴射加工特點(diǎn),數(shù)控設(shè)備控制下，進(jìn)行任意圖案切割； 高壓元件質(zhì)量可靠，易損件質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，維修成本低； 鉆孔及切割功能設(shè)備可一次完成，降低切割成本； 加工一次成型，切口光滑，可節(jié)省時(shí)間及制造成本； 無(wú)毒害、無(wú)粉塵、無(wú)污染，為操作人員提供更健康的工作環(huán)境； 切縫窄，可減少大量廢棄材料的產(chǎn)生； 相對(duì)其它同類切割設(shè)備，加工成本低廉。 根據(jù)設(shè)計(jì)及工件材質(zhì)的不同，可以非常方便、快捷的進(jìn)行調(diào)整，極大的縮短從接單至成品產(chǎn)出的時(shí)間，為您的企業(yè)帶來(lái)更多

8、的商機(jī)和更大的利潤(rùn),24,全面分析,水噴射加工特點(diǎn),切割精度： 0.051-0.254mm,取決于機(jī)器精度、切割工件大小及厚度。 切割縫隙： 與工作材質(zhì)大小厚薄和噴嘴有關(guān)。純水切割之切口約為0.1-1.1mm，磨料水混流切割之切口約為0.8-1.8mm。磨料管的直徑擴(kuò)口，切口愈大。 切割產(chǎn)生的斜邊： 取決于切割速度。好的切割品質(zhì)單側(cè)斜邊為0.076-0.102mm。 應(yīng)用： 復(fù)雜曲線圖案、厚、脆、易碎、怕熱及多種材質(zhì)復(fù)合之材料,25,全面分析,高壓水射流切割大理石,26,全面分析,高壓水射流加工的零件,鉆削的0.8mm 孔,切割7cm 厚不銹鋼,微小零件銑削,27,全面分析,第五節(jié) 磁性磨料研

9、磨和磁性磨料電解研磨加工,通過(guò)在磁場(chǎng)作用下形成的磁流體使懸浮其中的非磁性磨粒能在磁流體的流動(dòng)力和浮力作用下壓向旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行研磨和拋光，從而能提高精整加上的質(zhì)量和效率 可以獲得Ra0.01m的無(wú)變質(zhì)層的加上表面，并能研拋復(fù)雜表面形狀的工件。由于磁場(chǎng)的磁力線及由其形成的磁流體本身不直接參與材料的去除故稱之為磁場(chǎng)輔助加工,28,全面分析,1.磁性浮動(dòng)拋光,利用磁流體向強(qiáng)磁場(chǎng)方向移動(dòng)，而非磁性磨粒被排斥向磁感應(yīng)強(qiáng)度較弱的方向的特性，使懸浮于磁流體中的磨料分離出來(lái)富集在一起。磨料在磁浮力作用下，上浮壓向運(yùn)動(dòng)的工件,1主軸 2驅(qū)動(dòng)軸 3導(dǎo)向環(huán) 4磁流體和磨料 5橡膠環(huán)6陶瓷球 7浮體 8鋁座 9磁鐵 1

10、0鋼磁軛,29,全面分析,2.磁性磨料精整加工,磁性磨料在磁極N-S之間沿著磁力線有序地相互鏈接在一起，聚集成一層彈性的磁性磨料刷，當(dāng)工件與它作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就進(jìn)行研拋加工,30,全面分析,微弧陽(yáng)極氧化 微弧陽(yáng)極氧化是將鋁及鋁合金零件置于溶液中，在電極間施加高電壓，使其表面微孔中產(chǎn)生火花或微弧放電，從而生成氧化鋁陶瓷膜層的新技術(shù)。微弧陽(yáng)極氧化又稱陽(yáng)極脈沖陶瓷化、陽(yáng)極火花沉積或微等離子體氧化,第六節(jié) 鋁合金微弧氧化表面陶瓷化處理技術(shù),31,全面分析,1特點(diǎn)和應(yīng)用 鋁及鋁合金微弧陽(yáng)極氧化與硬質(zhì)陽(yáng)報(bào)氧化相比，無(wú)論在氧化工藝上或膜層性能上都有許多優(yōu)越之處。微弧氧化的工藝流程簡(jiǎn)單，除油后即可氧化；適用范圍

11、廣，除鋁及鋁合金、鋁基復(fù)合材料外，還能在鈦、鎂、鋯、鉭、鈮等金屬及其合金表面生成氧化陶瓷層；氧化速度快，通常30min60min可取得膜層厚度50 m ；溶液無(wú)侵蝕性，對(duì)環(huán)境基本無(wú)污染。 微弧陽(yáng)極氧化形成的陶瓷膜層具有伏良的綜合性能： (1) 耐蝕性能高，經(jīng)5NaCl中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)，其耐蝕能力達(dá)1000h以上,32,全面分析,2) 硬度高，耐磨性好，膜層硬度高達(dá)HV8002500，取決于材料及工藝，明顯高于硬質(zhì)陽(yáng)極氧化。磨損試驗(yàn)表明陶瓷膜具有與硬質(zhì)合金相當(dāng)?shù)哪湍バ阅埽扔层t鍍層高75以上；陶瓷膜還具有摩擦系數(shù)較低的特點(diǎn)。 (3) 電絕緣性能好，體絕緣電阻率可達(dá)5 1010 cm，在干燥空氣中

12、的擊穿電壓為3000V5000V。 (4) 導(dǎo)熱系數(shù)小，膜層具有良好的隔熱能力。 (5) 外觀裝飾性好，可按使用要求大面積加工成各種不同顏色及不同花紋的膜層,33,全面分析,微弧陽(yáng)極氧化新技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，雖尚未投入大規(guī)模生產(chǎn)，但已引起人們的普遍關(guān)注，在許多工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。航空、航天、石油、化工等部門應(yīng)用的鋁合金零部件，如葉片、輪箍、傳動(dòng)元件、氣動(dòng)元件及密封件等經(jīng)微弧氧化后，表面耐蝕性、耐磨性明顯提高。電子、電工產(chǎn)品及儀器、儀表中的某些零件應(yīng)用微弧氧化直接進(jìn)行絕緣處理，以取代包覆絕緣材料的常規(guī)方法?？諌簷C(jī)鋁氣缸覆蓋50 m 80 m微弧氧化膜，性能優(yōu)于硬質(zhì)氧化膜。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞上制備

13、80 m 100 m的陶瓷膜層，具有耐燒蝕、耐磨損和隔熱的優(yōu)異性能，應(yīng)用效果很好。紡織機(jī)械行業(yè)也有不少關(guān)鍵性鋁合金零件，如氣紡機(jī)的紡杯、倍捻機(jī)轉(zhuǎn)杯及儲(chǔ)紗輪等在試驗(yàn)或試用陶瓷膜。電熨斗底板進(jìn)行微弧氧化處理，可起耐磨、耐熱和絕緣作用,34,全面分析,2微弧氧化膜的形成 通常陽(yáng)極氧化是在電壓電流曲線的法拉第區(qū)進(jìn)行的。當(dāng)外加電壓繼續(xù)增加則進(jìn)入非法拉第區(qū)(火花放電區(qū))，將發(fā)生氧化膜被擊穿，陽(yáng)極氧化無(wú)法進(jìn)行下去。微弧氧化突破傳統(tǒng)陽(yáng)極氧化的限制，利用電極間施加很高的電壓，使浸于溶液中的電極表面發(fā)生微弧放電而生成氧化膜,35,全面分析,微弧陽(yáng)極氧化的機(jī)理至今尚在探討之中，對(duì)其進(jìn)行確切的敘述尚有困難，可以認(rèn)為其

14、最重要的標(biāo)志是火花或微弧放電現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明，微弧氧化過(guò)程中表面產(chǎn)生的現(xiàn)象，有明顯的階段性，經(jīng)歷初始態(tài)絕緣膜的形成，微弧的發(fā)生，陶瓷結(jié)構(gòu)的發(fā)育，以及膜層的成長(zhǎng)等幾個(gè)階段。 最初階段，材料表面有大量氣泡產(chǎn)生，金屬光澤逐漸消失，在電場(chǎng)作用下表面生成一層具有電絕緣特性的Al2O3氧化膜。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，膜厚逐漸增加，其承受的電壓也越來(lái)越大，再加上材料表面有大量氣體生成，為等離子體的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件,36,全面分析,第二階段 初生的氧化膜被高壓擊穿，材料表面形成大量的等離子體微弧，可以觀察到不穩(wěn)定的白色弧光。此時(shí)在電場(chǎng)作用下新的氧化物不斷生成，氧化膜的薄弱區(qū)不斷變化，白色弧光點(diǎn)似乎在表面高速游動(dòng)。同時(shí)，在

15、微等離子體的作用下又形成瞬間的高溫高壓微區(qū)，其溫度達(dá)2000以上，壓力達(dá)數(shù)百個(gè)大氣壓，造成氧化膜熔融。等離子體微弧消失后，溶液很快將熱量帶走，熔融物迅速凝固，在材料表面形成多孔狀氧化膜。如此循環(huán)反復(fù)，微孔自身擴(kuò)大或與其他微孔連成一體，形成導(dǎo)電通道，從而出現(xiàn)較大的紅色光澤的弧斑,37,全面分析,第三階段 氧化進(jìn)一步向深層滲透。一段時(shí)間后，內(nèi)層可能再次形成較完整的A12O3電絕緣層，隨著氧化膜的加厚，微等離子體造成的熔融氧化物凝固后可能在表面形成較完整的凝固結(jié)晶層，造成較大孔徑，導(dǎo)電通道封閉，使紅色弧斑減少直至消失。然而，微等離子體現(xiàn)象依然存在，氧化并未終止，進(jìn)人第四階段即氧化、熔融、凝固平穩(wěn)階段

16、,38,全面分析,在鋁合金表面上形成的微弧氧化膜是由結(jié)合層、致密層和表面層三層結(jié)構(gòu)組成，層與層之間無(wú)明顯界限，總厚度一般為20 m 200 m ，最厚可達(dá)400 m 。三層結(jié)構(gòu)中均含有大量的A12O3，和A12O3。致密層中的A12O3，可達(dá)60以上，硬度可高達(dá)HV3700，很耐磨。表面層較粗糙疏松，可能是由微弧濺射物和電化學(xué)沉積物所形成,39,全面分析,3工藝要點(diǎn) (1)工藝方法 根據(jù)微弧陽(yáng)極氧化過(guò)程中零件所處的極化形式可分為：直流型采用恒值電壓，零件為陽(yáng)極；交流型采用不規(guī)則正弦波電壓，零件的極性呈周期性變化；陽(yáng)極脈沖型采用脈沖或直流加脈沖的電壓形式，零件為陽(yáng)極；交變脈沖型正負(fù)脈沖電壓按一定的方式交替地施加在零件上。 (2)工藝流程 一般零件的工藝流程為：化學(xué)除油水洗去離子水洗微弧氧化水洗干燥,40,全面分析,2)設(shè)備 微弧氧化設(shè)備主要包括專用電源、電解槽、冷卻系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)。其具體要求應(yīng)根據(jù)工藝方法及生產(chǎn)規(guī)模確定。 (3)溶液 溶液配方應(yīng)有利于維持氧化膜及隨后形成的陶瓷氧化層的電絕緣性，又有利于抑制微弧氧化產(chǎn)物的溶解。在大多數(shù)情況下采用弱堿性溶液，其pH值為811，有磷酸鹽、硅酸鹽、檸檬酸鹽、鋁酸鹽等不同體系，必要時(shí)可加入少量無(wú)機(jī)或有機(jī)添