超聲加工超聲檢測(cè) 電化學(xué)加工修改

1、1. 1. 電化學(xué)加工的原理電化學(xué)加工的原理當(dāng)當(dāng)兩個(gè)銅片兩個(gè)銅片接上直流電形成導(dǎo)電回路時(shí)接上直流電形成導(dǎo)電回路時(shí)，導(dǎo)線和溶液中均有電流流過(guò)，導(dǎo)線和溶液中均有電流流過(guò)，在金屬片在金屬片( (電極電極) )和溶液的界面上就會(huì)有交換電子的反和溶液的界面上就會(huì)有交換電子的反應(yīng)，即電化學(xué)反應(yīng)應(yīng)，即電化學(xué)反應(yīng)。溶液中的離子將作定。溶液中的離子將作定向移動(dòng)，向移動(dòng)，Cu2+Cu2+正離子移向陰極，在陰極上正離子移向陰極，在陰極上得到電子而進(jìn)行還原反應(yīng)，沉積出銅。得到電子而進(jìn)行還原反應(yīng)，沉積出銅。 在陽(yáng)極表面在陽(yáng)極表面CuCu原子失掉電子原子失掉電子而成為而成為Cu2+Cu2+正離子進(jìn)入溶液正離子進(jìn)入溶液。溶

2、液中正、負(fù)離子的定向。溶液中正、負(fù)離子的定向移動(dòng)稱為電荷遷移。移動(dòng)稱為電荷遷移。在陽(yáng)、在陽(yáng)、陰電極表面發(fā)生得失電子的陰電極表面發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)稱為電化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)稱為電化學(xué)反應(yīng)。這種利用電化學(xué)反應(yīng)原理對(duì)這種利用電化學(xué)反應(yīng)原理對(duì)金屬進(jìn)行加工金屬進(jìn)行加工( (圖圖1)1)中中, ,陽(yáng)極陽(yáng)極上上為電解蝕除為電解蝕除，陰極上為，陰極上為電電鍍沉積鍍沉積，( (常用以提煉純銅常用以提煉純銅) )的方法即電化學(xué)加工。的方法即電化學(xué)加工。圖圖1 電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)電解池中電位分布電解池中電位分布電位分布原因電位分布原因2. 電化學(xué)加工的分類電化學(xué)加工有三種不同的類型。第第類類是利用電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程

3、中的陽(yáng)極溶解來(lái)進(jìn)是利用電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的陽(yáng)極溶解來(lái)進(jìn)行加工，行加工，主要有電解加工和電化學(xué)拋光等主要有電解加工和電化學(xué)拋光等；第第類是利用電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的陰極類是利用電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的陰極沉積來(lái)進(jìn)行加工，沉積來(lái)進(jìn)行加工，主要有電鍍、電鑄等主要有電鍍、電鑄等；第第 類是利用電化學(xué)加工與其他加工方類是利用電化學(xué)加工與其他加工方法相結(jié)合的法相結(jié)合的電化學(xué)復(fù)合加工工藝進(jìn)行加工電化學(xué)復(fù)合加工工藝進(jìn)行加工，目前主要有電解磨削、電化學(xué)陽(yáng)極機(jī)械目前主要有電解磨削、電化學(xué)陽(yáng)極機(jī)械加工加工( (其中還含有電火花放電作用其中還含有電火花放電作用) )。電化學(xué)加工的類別如表1所示。主要介紹電解加工、電鑄成型。表表1

4、 1 電化學(xué)加工分類電化學(xué)加工分類 一一電解電解加工的原理及特點(diǎn)加工的原理及特點(diǎn)1 1基本原理基本原理電解加工是利用金屬在電解液中的電解加工是利用金屬在電解液中的“電化學(xué)陽(yáng)電化學(xué)陽(yáng)極溶解極溶解”來(lái)將工件成型的來(lái)將工件成型的。如圖所示，在工件。如圖所示，在工件( (陽(yáng)極陽(yáng)極) )與工具與工具( (陰極陰極) )之間接上直流電源，之間接上直流電源，使工使工具陰極與工件陽(yáng)極具陰極與工件陽(yáng)極間保持較小的加工間隙間保持較小的加工間隙(0.1(0.10.8 mm)0.8 mm)，間隙中通過(guò)，間隙中通過(guò)高速流動(dòng)的電解液高速流動(dòng)的電解液。這時(shí)工件這時(shí)工件陽(yáng)極開(kāi)始溶解陽(yáng)極開(kāi)始溶解。開(kāi)始時(shí)兩極之間的間。開(kāi)始時(shí)兩極

5、之間的間隙大小不等，間隙小處電流密度大，陽(yáng)極金屬隙大小不等，間隙小處電流密度大，陽(yáng)極金屬去除速度快；而間隙大處電流密度小，去除速去除速度快；而間隙大處電流密度小，去除速度慢。度慢。隨著工件表面金屬材料的不斷溶解，工具陰隨著工件表面金屬材料的不斷溶解，工具陰極不斷地向工件進(jìn)給，極不斷地向工件進(jìn)給，溶解的電解產(chǎn)物不斷溶解的電解產(chǎn)物不斷地被電解液沖走，工件表面也就逐漸被加工地被電解液沖走，工件表面也就逐漸被加工成接近于工具電極的形狀，如此下去直至將成接近于工具電極的形狀，如此下去直至將工具的形狀復(fù)制到工件上。工具的形狀復(fù)制到工件上。 電解加工原理圖電解加工原理圖12345VA1直流電源；2工具電極；

6、3工件陽(yáng)極；4電解液泵；5電解液2) 2) 電解加工的特點(diǎn)電解加工的特點(diǎn) (1) (1) 能加工能加工各種硬度和強(qiáng)度的材料各種硬度和強(qiáng)度的材料。只要。只要是金屬，不管其硬度和強(qiáng)度多大，都可加工。是金屬，不管其硬度和強(qiáng)度多大，都可加工。(2) (2) 生產(chǎn)率高生產(chǎn)率高，約為電火花加工的，約為電火花加工的5 51010倍倍，在某，在某些情況下，比切削加工些情況下，比切削加工的生產(chǎn)率還高，的生產(chǎn)率還高，且加工且加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。的限制。(3) (3) 表面質(zhì)量好表面質(zhì)量好，電解加工，電解加工不產(chǎn)生殘余應(yīng)不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變質(zhì)層，力和變質(zhì)層，

7、又沒(méi)有又沒(méi)有飛邊、刀痕和毛刺飛邊、刀痕和毛刺。在正。在正常情況下，表面粗糙度常情況下，表面粗糙度RaRa可達(dá)可達(dá)0.20.21.25 m1.25 m。二二 電鑄成型電鑄成型1電鑄成型原理及特點(diǎn)電鑄成型原理及特點(diǎn)成型原理成型原理 電鑄成型是利用電化學(xué)過(guò)程中的陰極沉積電鑄成型是利用電化學(xué)過(guò)程中的陰極沉積現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行成型加工的現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行成型加工的，即在，即在原模上通過(guò)電化原模上通過(guò)電化學(xué)方法沉積金屬，然后分離以制造或復(fù)制金屬學(xué)方法沉積金屬，然后分離以制造或復(fù)制金屬制品制品。但電鑄與電鍍又有不同之處，。但電鑄與電鍍又有不同之處，電鍍時(shí)要電鍍時(shí)要求得到與基體結(jié)合牢固的金屬鍍層求得到與基體結(jié)合牢固的金屬鍍層

8、，以達(dá)到防，以達(dá)到防護(hù)、裝飾等目的。而護(hù)、裝飾等目的。而電鑄則要電鑄層與原模分電鑄則要電鑄層與原模分離，其厚度也遠(yuǎn)大于電鍍層。離，其厚度也遠(yuǎn)大于電鍍層。 電鑄原理如圖所示，在直流電源的作用下，金屬鹽溶液中的金屬離子在陰極獲得電子而沉積在陰極母模的表面。陽(yáng)極的金屬原子失去電子而成為正離子，源源不斷地補(bǔ)充到電鑄液中，使溶液中的金屬離子濃度保持基本不變。當(dāng)母模上的電鑄層達(dá)到所需的厚度時(shí)取出，將電鑄層與型芯分離，即可獲得型面與型芯凹、凸相反的電鑄模具型腔零件的成型表面。電鑄成型的原理電鑄成型的原理2) 特點(diǎn)特點(diǎn) (1) (1) 復(fù)制精度高，可以做出機(jī)械加工不可能加工復(fù)制精度高，可以做出機(jī)械加工不可能加

9、工出的細(xì)微形狀出的細(xì)微形狀( (如微細(xì)花紋、復(fù)雜形狀等如微細(xì)花紋、復(fù)雜形狀等) )，表面粗，表面粗糙度糙度RaRa可達(dá)可達(dá)0.1 m0.1 m，一般不需拋光即可使用。，一般不需拋光即可使用。 (2) (2) 表面硬度可達(dá)表面硬度可達(dá)353550HRC50HRC，所以電鑄型腔使，所以電鑄型腔使用壽命長(zhǎng)。用壽命長(zhǎng)。 (3) (3) 電鑄可獲得高純度的金屬制品電鑄可獲得高純度的金屬制品，如電鑄銅，如電鑄銅，它純度高，具有良好的導(dǎo)電性能，十分有利于電加它純度高，具有良好的導(dǎo)電性能，十分有利于電加工。工。 (4) (4) 電鑄時(shí)，電鑄時(shí)，金屬沉積速度緩慢，制造周期長(zhǎng)金屬沉積速度緩慢，制造周期長(zhǎng)。如電鑄鎳

10、，一般需要一周左右。如電鑄鎳，一般需要一周左右。 頻率超過(guò)頻率超過(guò)16000Hz的聲波稱為超聲波的聲波稱為超聲波超聲波加工的機(jī)理超聲波加工的機(jī)理超聲波是由超聲波是由壓電晶片壓電晶片（如石英、（如石英、鈦酸鋇等）鈦酸鋇等）的逆壓電效的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)產(chǎn)生的超聲波的特性超聲波的特性超聲波能傳遞很強(qiáng)的能量超聲波能傳遞很強(qiáng)的能量當(dāng)超聲波經(jīng)過(guò)液體介質(zhì)傳播時(shí)，將以極高的頻率壓迫液當(dāng)超聲波經(jīng)過(guò)液體介質(zhì)傳播時(shí)，將以極高的頻率壓迫液體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，在液體介質(zhì)中連續(xù)地形成壓縮和稀疏區(qū)域，體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，在液體介質(zhì)中連續(xù)地形成壓縮和稀疏區(qū)域，由于液體基本上不可壓縮，由此產(chǎn)生壓力正、負(fù)交變的由于液體基本上不可壓縮，由此產(chǎn)生

11、壓力正、負(fù)交變的液壓沖擊液壓沖擊和和空化現(xiàn)象空化現(xiàn)象，從而引起固體物質(zhì)，從而引起固體物質(zhì)分散、破碎等分散、破碎等效應(yīng)效應(yīng)通過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，在界面上發(fā)生波速突變，通過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，在界面上發(fā)生波速突變，產(chǎn)生產(chǎn)生波的反射波的反射和和折射折射現(xiàn)象現(xiàn)象在一定條件下，會(huì)產(chǎn)生在一定條件下，會(huì)產(chǎn)生波的干涉波的干涉和和共振共振現(xiàn)象現(xiàn)象利用超聲波的特性進(jìn)行加工利用超聲波的特性進(jìn)行加工的工藝稱為超聲加工的工藝稱為超聲加工超聲加工是利用工具端面作超聲加工是利用工具端面作超聲振動(dòng)，通過(guò)超聲振動(dòng)，通過(guò)磨料懸浮液磨料懸浮液加工脆硬材料的加工脆硬材料的超聲加工是磨粒在超聲振動(dòng)超聲加工是磨粒在超聲振動(dòng)作用下的作用下的機(jī)械撞擊機(jī)械

12、撞擊和和拋磨作拋磨作用用以及以及超聲空化作用超聲空化作用的綜合的綜合結(jié)果，磨粒的撞擊作用是主結(jié)果，磨粒的撞擊作用是主要的要的超聲加工原理圖超聲加工原理圖加工精度高、表面粗糙度小、加工質(zhì)量好加工精度高、表面粗糙度小、加工質(zhì)量好工具和工件無(wú)需復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工具和工件無(wú)需復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，超聲加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單超聲加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工件表面宏觀工件表面宏觀切削力很小切削力很小，切削應(yīng)力、，切削應(yīng)力、切削熱很小，切削熱很小，不會(huì)引起變形和燒傷不會(huì)引起變形和燒傷 適合加工各種適合加工各種硬脆材料硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料特別是不導(dǎo)電的非金屬材料超聲波加工的特點(diǎn)超聲波加工的特點(diǎn)工具可用軟材料工具可用軟

13、材料超聲加工設(shè)備包括超超聲加工設(shè)備包括超聲發(fā)生器、超聲振動(dòng)聲發(fā)生器、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)床本體和磨系統(tǒng)、機(jī)床本體和磨料工作液循環(huán)系統(tǒng)料工作液循環(huán)系統(tǒng)CSJ-2型型超聲加工機(jī)床超聲加工機(jī)床作用是將作用是將工頻交流電工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üD(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅穆瘦敵龅某曨l電振蕩超聲頻電振蕩，以提供工具，以提供工具端面往復(fù)振動(dòng)和去除被加工材料的能端面往復(fù)振動(dòng)和去除被加工材料的能量量基本要求：輸出功率和頻率在一定范圍基本要求：輸出功率和頻率在一定范圍內(nèi)內(nèi)連續(xù)可調(diào)連續(xù)可調(diào)，最好能具有對(duì)共振頻率自，最好能具有對(duì)共振頻率自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)微調(diào)的功能；還要求結(jié)構(gòu)動(dòng)跟蹤和自動(dòng)微調(diào)的功能；還要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)

14、格便宜、體積小等簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格便宜、體積小等有有電子管式電子管式、晶體管式晶體管式將高頻電能轉(zhuǎn)變?yōu)閷⒏哳l電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，使工具端機(jī)械能，使工具端面作高頻率小振幅面作高頻率小振幅的振動(dòng)以進(jìn)行加工的振動(dòng)以進(jìn)行加工壓電陶瓷換能器壓電陶瓷換能器磁致伸縮換能器磁致伸縮換能器鎳棒長(zhǎng)度應(yīng)等于鎳棒長(zhǎng)度應(yīng)等于超聲波半波長(zhǎng)或其超聲波半波長(zhǎng)或其整數(shù)倍，使之處于整數(shù)倍，使之處于共振狀態(tài)共振狀態(tài)（20kHz的換能器，其長(zhǎng)度的換能器，其長(zhǎng)度為為125mm）幾種變幅桿幾種變幅桿聲學(xué)頭的固定聲學(xué)頭的固定磨料可以靠人工輸送和更磨料可以靠人工輸送和更換，也可利用小型離心泵換，也可利用小型離心泵注入注入工作液常用的是工作液

15、常用的是水水，為了，為了提高表面質(zhì)量，有時(shí)也用提高表面質(zhì)量，有時(shí)也用煤油或機(jī)油煤油或機(jī)油磨料常用磨料常用碳化硼、碳化碳化硼、碳化硅或氧化鋁硅或氧化鋁等等主要用于對(duì)脆硬材料加工圓孔、型孔、主要用于對(duì)脆硬材料加工圓孔、型孔、型腔、套料、微細(xì)孔等型腔、套料、微細(xì)孔等加工圓孔、加工圓孔、加工型腔加工型腔加工異形孔、套料加工、加工微細(xì)孔加工異形孔、套料加工、加工微細(xì)孔用普通機(jī)械加工切割脆硬的半用普通機(jī)械加工切割脆硬的半導(dǎo)體材料很困難，采用超聲切導(dǎo)體材料很困難，采用超聲切割較為有效割較為有效超聲切割超聲切割單晶硅片單晶硅片成批切槽刀具成批切槽刀具切割成的切割成的陶瓷模塊陶瓷模塊用超聲加工與其它加工方法用超

16、聲加工與其它加工方法相結(jié)合進(jìn)行復(fù)合加工，以提相結(jié)合進(jìn)行復(fù)合加工，以提高加工速度和表面質(zhì)量高加工速度和表面質(zhì)量超聲電解復(fù)超聲電解復(fù)合加工小孔合加工小孔手?jǐn)y式電解超聲手?jǐn)y式電解超聲復(fù)合拋光原理圖復(fù)合拋光原理圖超聲振動(dòng)超聲振動(dòng)切削加工切削加工超聲波切割金剛石超聲波切割金剛石利用高頻振動(dòng)產(chǎn)生的利用高頻振動(dòng)產(chǎn)生的撞擊能量撞擊能量，去去除工件表面的氧化膜雜質(zhì)除工件表面的氧化膜雜質(zhì)，露出新，露出新鮮的本體，在兩個(gè)被焊工件表面分鮮的本體，在兩個(gè)被焊工件表面分子的撞擊下，子的撞擊下，親和、熔化并粘接親和、熔化并粘接在在一起一起 可以焊尼龍、塑料制品，特別是表面易產(chǎn)可以焊尼龍、塑料制品，特別是表面易產(chǎn)生氧化層的生

17、氧化層的難焊接金屬材料難焊接金屬材料，如鋁制品等；，如鋁制品等；此外，利用超聲波化學(xué)鍍工藝還可以在陶此外，利用超聲波化學(xué)鍍工藝還可以在陶瓷等金屬表面掛錫、掛銀及涂覆熔化的金瓷等金屬表面掛錫、掛銀及涂覆熔化的金屬薄層屬薄層 主要基于超聲振動(dòng)在液體中產(chǎn)主要基于超聲振動(dòng)在液體中產(chǎn)生的交變沖擊波和空化作用生的交變沖擊波和空化作用清洗噴油嘴、清洗噴油嘴、噴絲板、微型噴絲板、微型軸承、儀表齒軸承、儀表齒輪、手表機(jī)芯、輪、手表機(jī)芯、印刷電路板、印刷電路板、集成電路微電集成電路微電子器件等子器件等超聲清洗裝置超聲清洗裝置四槽式超聲波氣相清洗機(jī)簡(jiǎn)圖四槽式超聲波氣相清洗機(jī)簡(jiǎn)圖1超聲波的發(fā)生和接收工業(yè)探傷用的高頻超聲波，是通過(guò)壓電換能器產(chǎn)生的。 通常在超聲波探傷中只使用一個(gè)晶片，這個(gè)晶片既作發(fā)射又作接收。 超聲波的產(chǎn)生超聲波的產(chǎn)生2超聲波的種類 在超聲波探傷中，用直探頭來(lái)產(chǎn)生縱波，用斜探頭來(lái)產(chǎn)生橫波的 。 聲波在介質(zhì)中是以一定的速度傳播的，如空氣中的聲速為340 ms，水中的聲速為1 500ms，鋼中縱波的聲速為5 900 ms，橫波的聲速為3 230 ms，表面波的聲速為3 007ms。聲速是由傳播介質(zhì)的彈性系數(shù)、密度以及聲波的種類決定的，它與頻率和晶片沒(méi)有關(guān) 系。橫波的聲速大約是縱波聲速的一半，而表面波聲速大約是橫波的0.9倍。波長(zhǎng)：C=f聲場(chǎng)強(qiáng)度： 反射、投射和衍射CP