高能束及復(fù)合加工技術(shù)

1、第二章咼能束與復(fù)合加工技術(shù)、概述1）高能束加工技術(shù)： 利用高能量密度的束流作為熱源，對材料或構(gòu)件進(jìn)展加工的先進(jìn)的特種加工技 術(shù)。包括焊接、切割、打孔、噴涂、外表改性、刻蝕和精細(xì)加工等各類工藝方法, 并已擴(kuò)展到新型材料制備領(lǐng)域。 高能束加工技術(shù)利用高能束熱源、高能量密度、可精細(xì)控制微焦點(diǎn)和高速掃描 的技術(shù)特性，實(shí)現(xiàn)對材料和構(gòu)件的深穿透、高速加熱和高速冷卻的全方位加工。 高能束加工技術(shù)正朝著高精度、大功率、高速度和自動(dòng)控制的方向開展。二. 激光加工二.電子束和離子束加工四. 磨料水射流加工五. 超聲波復(fù)合加工、概述1、 常用的高能密度束流加工方法：激光加工、電子束加工、離子束加工等。2、技術(shù)背景高

2、新技術(shù)產(chǎn)品要求：高比強(qiáng)度，高精度、工作速度、功率，小型化，惡劣環(huán) 境下可靠工作；傳統(tǒng)機(jī)械加工難以勝任結(jié)構(gòu)形狀的復(fù)雜性、材料的可加工性、加 工精度與外表完整性方面的要求。3、HEBM加工技術(shù)的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于焊接、切割、打孔和涂覆加工在外表改性、微細(xì)加工和新材料制 備領(lǐng)域開拓和應(yīng)用。4、復(fù)合加工與其應(yīng)用1復(fù)合加工應(yīng)用機(jī)械、化學(xué)、光學(xué)、電力、磁力、流體力學(xué)和聲波等多種 能量，在加工過程中同時(shí)運(yùn)用兩種或者多種加工方法， 通過不同的作用原理對加 工部位進(jìn)展改性和去除的加工技術(shù)。2提高了加工效率，生產(chǎn)率一般大大高于單獨(dú)用各種加工方法的生產(chǎn)率之 和。3在提高加工效率的同時(shí)，又兼顧了加工精度、加工外表質(zhì)量和工

3、具損耗等。二、激光加工1、激光：受激輻射的光放大電子只有在最靠近原子核的軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才是穩(wěn)定的，稱為“基態(tài)。光照射或用高溫或高壓電廠激發(fā)原子，最外層電子激發(fā)到高能階，稱為“激發(fā) 態(tài)。原子從高能階落到低能階的過程稱為“躍遷"。2、激光的特性 方向性好：光束幾乎在一條直線上傳播，發(fā)散角幾毫弧度 單色性好：He-Ne激光的譜線寬度約2X10-9 nm 高亮度：普通激光的亮度比太陽高 100億倍 可調(diào)諧：通過改變腔長可改變波長 可調(diào)制：振幅、偏振方向與頻率等參數(shù)可以調(diào)制光通信采用 能量可壓縮：激光脈沖的持續(xù)時(shí)間可以短到皮秒、飛秒、阿秒。3、激光加工原理 激光加工laser beam mach

4、ining , LBM是利用材料在在激光聚焦照射下瞬 時(shí)急劇熔化和氣化，并產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波，使被熔化的物質(zhì)爆炸式地噴濺來實(shí)現(xiàn) 材料去除的加工技術(shù)。是一種在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊波的綜合作用 過程。 激光加工是通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦成尺寸與光波波長相近的極小光斑，其功率密度可達(dá)1071011w/cm2溫度可達(dá)一萬攝氏度，將材料在瞬間10-3s 熔化和蒸發(fā)，工件外表不斷吸收激光能量，凹坑處的金屬蒸汽迅速膨脹，壓力猛然增大，熔融物被產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波噴濺出去。2、復(fù)合加工與其應(yīng)用復(fù)合加工應(yīng)用機(jī)械、化學(xué)、光學(xué)、電力、磁力、流體力學(xué)和聲波等多種能量， 在加工過程中同時(shí)運(yùn)用兩種或者多種加工方法，通

5、過不同的作用原理對加工部位進(jìn)展改性和去除的加工技術(shù)。提高了加工效率，生產(chǎn)率一般大大高于單獨(dú)用各種 加工方法的生產(chǎn)率之和。在提高加工效率的同時(shí)，又兼顧了加工精度、加工外表 質(zhì)量和工具損耗等。電子只有在最靠近原子核的軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才是穩(wěn)定的，稱為“基態(tài)。光照射或用高溫或高壓電廠激發(fā)原子，最外層電子激發(fā)到高能階，稱為“激發(fā)態(tài)"。原子 從高能階落到低能階的過程稱為“躍遷。4、原子的輻射5、激光加工過程激光加工過程一般分為四個(gè)階段：1.激光束照射材料2.材料吸收光能3.光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁共牧霞訜?.經(jīng)由熔融和氣化使材料去除或破壞。6、激光加工的特點(diǎn)1激光加工屬非接觸加工，無明顯機(jī)械力，也無工具損耗

6、，工件不變形， 加工速度快，熱影響區(qū)小，可達(dá)高精度加工，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2因功率密度是所有加工方法中最高的，所以不受材料限制，幾乎可加工 任何金屬與非金屬材料。3激光加工可通過惰性氣體、空氣或透明介質(zhì)對工件進(jìn)展加工，如可通過 玻璃對隔離室內(nèi)的工件進(jìn)展加工或?qū)φ婵展軆?nèi)的工件進(jìn)展焊接。4激光可聚焦形成微米級(jí)光斑，輸出功率大小可調(diào)節(jié)，常用于精細(xì)細(xì)微加 工，最高加工精度可達(dá) 0.001mm外表粗糙度Ra值可達(dá)0.40.1。5能源消耗少，無加工污染，在節(jié)能、環(huán)保等方面有較大優(yōu)勢。7、激光器激光器是激光加工設(shè)備的核心，它能把電能轉(zhuǎn)換成光能，獲得方向性好、能 量密度高、穩(wěn)定的激光束輸出。激光器可分為：固體、氣

7、體、液體、半導(dǎo)體與自 由電子激光器，常用的激光器有固體和氣體兩大類。8激光打孔激光打孔主要用于特殊材料或特殊工件上的孔加工，如儀表中的寶石軸承、 陶瓷、玻璃、金剛石拉絲模等非金屬材料和硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料的細(xì)微孔的加工。激光打孔效率非常高，功率密度通常為107108W/cm2打孔時(shí)間甚至可縮短至傳統(tǒng)切削加工的百分之一以下，生產(chǎn)率大大提高。激光打孔的尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT7，外表粗糙度Ra值可達(dá)0.160.08。9、激光切割激光切割是利用聚焦后的高功率密度105107w/cm2，激光束連續(xù)照射工 件，光束能量以與活性氣體輔助切割過程附加的化學(xué)反響熱能均被材料吸收，引起照射點(diǎn)材料溫度急劇上升，

8、到達(dá)沸點(diǎn)后材料開始汽化，并形成孔洞，且光束與 工件相對移動(dòng)，使材料形成切縫，切縫處熔渣被一定壓力的輔助氣體吹除。 激光 切割是激光加工中應(yīng)用最廣泛的，其切割速度快、質(zhì)量高、省材料、熱影響區(qū)小、 變形小、無刀具磨損、無接觸能量損耗，噪音小，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，且還可穿透 玻璃切割真空管內(nèi)的燈絲，不足之處是一次性投資較大，且切割深度受限。10、激光束焊接激光束焊接是以聚集的激光束作為能源的特種熔化焊接方法。焊接用激光器有 YAG固體激光器和CO2氣體激光器，此外還有 CO激光器、半導(dǎo)體激光器和準(zhǔn)分 子激光器等。激光器利用原子受激輻射的原理， 使物質(zhì)受激而產(chǎn)生波長均一，方 向一致和強(qiáng)度非常高的光束。經(jīng)聚焦

9、后，激光束的能量更為集中，能量密度可達(dá) 105-107W/cm2如將焦點(diǎn)調(diào)節(jié)到焊件結(jié)合處，光能迅速轉(zhuǎn)換成熱能，使金屬瞬間 熔化，冷卻凝固后成為焊縫。鋼板11、激光打標(biāo)/雕刻12、激光打孔的典型值：幾十到200 um，最小25um2000年以前全世界400多臺(tái)激光鉆孔打標(biāo)設(shè)備，其中300臺(tái)在日本13、激光外表熱處理 當(dāng)激光能量密度在103105w/cm2左右時(shí)，對工件外表進(jìn)展掃描，在極短的時(shí) 間內(nèi)加熱到相變溫度由掃描速度決定時(shí)間長短，工件表層由于熱量迅速向內(nèi) 傳導(dǎo)快速冷卻，實(shí)現(xiàn)了工件表層材料的相變硬化激光淬火。 與其它外表熱處理比擬，激光熱處理工藝簡單，生產(chǎn)率高，工藝過程易實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化。一般無須

10、冷卻介質(zhì)，對環(huán)境無污染，對工件外表加熱快，冷卻快，硬度比 常溫淬火高約15%20%耗能少，工件變形小，適合精細(xì)局部外表硬化與內(nèi)孔 或形狀復(fù)雜零件外表的局部硬化處理， 但激光外表熱處理設(shè)備費(fèi)用咼，工件外表 硬化深度受限，因而不適合大負(fù)荷的重型零件。三、電子束和離子束加工1、電子束加工在真空條件下，利用電子槍中產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后能量密度為106109w/cm2的極細(xì)束流高速?zèng)_擊到工件外表上極小的部位，并在幾分之一微秒時(shí)間內(nèi)，其能量大局部轉(zhuǎn)換為熱能，使工件被沖擊部位的材料達(dá)到幾千攝氏度， 致使材料局部熔化或蒸發(fā)，來去除材料。也可以利用能量密度較低的電子束轟擊 高分子材料，使其分子鏈切斷或重新聚

11、合，從而使高分子材料的化學(xué)性質(zhì)和分子 量產(chǎn)生變化，進(jìn)展加工。2、電子束加工應(yīng)用3、電子槍4、電子束加工裝置5、發(fā)射槍6、真空系統(tǒng)7、控制系統(tǒng)8電子束加工的特點(diǎn) 能量使用率可高達(dá)90% ym 於真空腔中進(jìn)行，污染少，材料加工外表不氧化 利用磁場或電場對電子束，強(qiáng)度、位置、聚焦等直接控制 可使材料衝擊部位的溫度超過材料的熔化和氣化溫度，使材料瞬時(shí)蒸發(fā) 需要一套專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格較貴9、電子束加工方法1、電子束焊接2、電子束打孔3、電子束切割4、電子束表面改性5、電子束曝光6、電子束刻蝕10、電子束焊接優(yōu)點(diǎn) 聚集的高速電子衝擊工件接縫處，使金屬迅速熔化和蒸發(fā) 銲縫深寬比大，可達(dá)60:1 在真空

12、中可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的焊接 銲接速度快，熱影響區(qū)小 可實(shí)現(xiàn)複雜接縫的自動(dòng)銲接 防止熔化金屬受到氧、氮等有害氣體的影響11、電子束焊接缺點(diǎn) 易受電磁場干擾 銲接時(shí)會(huì)產(chǎn)生X射線，有害人體 被焊工件尺寸和形狀受到工作室的限制 銲接前對接頭加工、裝配要求嚴(yán)格 設(shè)備複雜，比較昂貴12、電子束打孔電子束打孔應(yīng)用不銹鋼、耐熱鋼、寶石、陶瓷、玻璃等各種材料上的小孔、深孔。最小加工 直徑可達(dá)0.003mm最大深徑比可達(dá)10。像機(jī)翼吸附屏的孔、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)套上的 冷卻孔，此類孔數(shù)量巨大高達(dá)數(shù)百萬，且孔徑微小，密度連續(xù)分布而孔徑也 有變化，非常適合電子束打孔，塑料和人造革上打許多微孔，令其象真皮一樣具 有透氣性。一些合成

13、纖維為增加透氣性和彈性，其噴絲頭型孔往往制成異形孔截 面，可利用脈沖電子束對圖形掃描制出。 還可憑借偏轉(zhuǎn)磁場的變化使電子束在工 件內(nèi)偏轉(zhuǎn)方向加工出彎曲的孔，13、電子束切割可對各種材料進(jìn)展切割，切口寬度僅有36卩m。利用電子束再配合工 件的相對運(yùn)動(dòng)，可加工所需要的曲面。14、離子束加工離子束加工IBM是在真空條件下利用離子源離子槍產(chǎn)生的離子經(jīng)加 速聚焦形成高能的離子束流投射到工件外表，使材料變形、破壞、別離以達(dá)到加 工目的。因?yàn)殡x子帶正電荷且質(zhì)量是電子的千萬倍， 且加速到較高速度時(shí)，具有 比電子束大得多的撞擊動(dòng)能，因此，離子束撞擊工件將引起變形、別離、破壞等 機(jī)械作用，而不像電子束是通過熱效應(yīng)

14、進(jìn)展加工。15、離子束加工主要特點(diǎn)16、離子束加工的根本原理離子束加工是在真空條件下，先由電子槍產(chǎn)生電子束，再引入已抽成真空且 充滿惰性氣體之電離室中，使低壓惰性氣體離子化。由負(fù)極引出陽離子又經(jīng)加速、 集束等步驟，最後射入工件外表。離子束加工主要特點(diǎn)： 適於加工易氧化金屬，合金材料和半導(dǎo)體材料 採微量加工方式，故加工應(yīng)力、熱變形等極小、加工精度高 加工的精度非常高；離子蝕刻可達(dá)毫微米 （0.001卩m）級(jí)加工精度離子鍍膜 可控制在次微米級(jí)精度 本錢高，加工效率低，但可進(jìn)行自動(dòng)化加工17、離子束加工的應(yīng)用1、離子蝕刻2離子鍍膜3離子濺射沉積4離子注入18、離子束蝕刻加工當(dāng)所帶能量為0.15keV

15、、直徑為十分之幾納米的的氬離子轟擊工件外表時(shí)， 此高能離子所傳遞的能量超過工件外表原子或分子間鍵合力時(shí)，材料外表的 原子或分子被逐個(gè)濺射出來，以達(dá)到加工目的。這種加工本質(zhì)上屬于一種原 子尺度的切削加工，通常又稱為離子銑削。離子束刻蝕可用于加工空氣軸承的溝 槽、打孔、加工極薄材料與超高精度非球面透鏡，還可用于刻蝕集成電路等的高精度圖形。四、高壓水射流加工水射流加工技術(shù)起源“水滴石穿表現(xiàn)了在人們眼中秉性柔弱的水本身潛在的威力.作為一項(xiàng)獨(dú)立而完整的加工技術(shù)高壓水射流（Waterjet, WJ）、磨料水射流（Abrasive Waterjet,AWJ的產(chǎn)生卻是最近三十年的事.利用高壓水為人們的生產(chǎn)服務(wù)

16、始于十九世紀(jì)七 十年代左右，用來開采金礦，剝落樹皮直到二戰(zhàn)期間，飛機(jī)運(yùn)行中“雨蝕使雷 達(dá)艙破壞這一現(xiàn)象啟發(fā)了人們思維。直到本世紀(jì)五十年代，高壓水射流切割的可 能性才源于蘇聯(lián)，但第一項(xiàng)切割技術(shù)專利卻在美國產(chǎn)生，即1968年由美國密蘇里大學(xué)林學(xué)教授諾曼弗蘭茲博士獲得。在最近十多年里，水射流(WJ、AWJ切割技術(shù)和設(shè)備有了長足進(jìn)步，其應(yīng)用遍與工業(yè)生產(chǎn)和人們生活各個(gè)方面。許多大 學(xué)、公司和工廠競相研究開發(fā)，新思維、新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，形成了一種 你追我趕的勢頭。目前已有3000多套水射流切割設(shè)備在數(shù)十個(gè)國家?guī)资畟€(gè)行業(yè) 應(yīng)用，尤其是在航空航天、艦船、軍工、核能等高、尖、難技術(shù)上更顯優(yōu)勢。高壓水射流切

17、割技術(shù)已可用于切割500余種材料，其設(shè)備年增長率超過20%。高壓水射流切割是近些年來國際上興起的一項(xiàng)高科技冷加工切割技術(shù)。高壓水射流是將普通自來水通過高壓泵加壓到數(shù)百乃至數(shù)千大氣壓力，然后通過特殊的噴嘴孔徑只有1-2毫米以極高的速度200-500米/秒噴出的一股能 量高度集中的水流。這一股一股的小水流如同小子彈一樣具有巨大的打擊能量， 它能夠進(jìn)展鋼板和鋼筋混凝土的切割、 鑄件清砂、金屬除銹、破碎巖石作業(yè)以與 石油鉆井等方面。高壓磨料水切割機(jī)在作為切割工具的一種在今后的冷加工工程中將發(fā)揮越來越 重要的作用。研究涉與到材料學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)、液壓技術(shù)等多門學(xué)科的綜合應(yīng)用， 集中反映了水壓切割的許多關(guān)鍵

18、技術(shù)難點(diǎn)，其相關(guān)根底理論的研究成果將對冷加 工技術(shù)的開展起到積極的推動(dòng)作用，具有十分重要的意義。由于水具有腐蝕性強(qiáng)、 粘性低、潤滑性差、汽化壓力高等特點(diǎn)，要研制出高性能的水切割機(jī)，必須解決 各類摩擦副的腐蝕、磨損、疲勞破壞、氣蝕沖擊等嚴(yán)重問題。1、高壓水射流根本原理高壓水射流是運(yùn)用液體增壓原理，通過特定的裝置增壓泵或高壓泵，將動(dòng)力源(電動(dòng)機(jī))的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能，具有巨大壓力能的水在通過小孔噴嘴 (又一換能裝置)，再將壓力能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，從而形成高速射流(WJ)。因而又常叫 高速水射流。2、高壓水射流加工之特點(diǎn)冷加工1作為切割介質(zhì)的水具有良好的散熱性，並對發(fā)熱工件具有冷卻作用。2. 工件切口處的

19、溫度小，不會(huì)造成工件的燒蝕、氧化與金相組織變化， 被切工件無熱變形和熱影響區(qū)，亦沒有熔渣和鑄層產(chǎn)生。3. 不會(huì)起火爆炸或產(chǎn)生危險(xiǎn)氣體。 點(diǎn)切割1. 切割可以在任意點(diǎn)開始和停止切削。2. 工件切縫很窄(0.075 0.40mm)，切割造成的材料損耗少，適於切割 各種貴重材料。3. 切縫寬度均勻、細(xì)窄。4. 可進(jìn)行穿孔、修邊、雕花等多種切割。作用力小1. 射流穿透力強(qiáng)，有效切割易變形材料，如海綿、橡膠製品。2. 側(cè)向作用力小，防止產(chǎn)生切口變形。3. 可高效率地切割各種非金屬複合材料、蜂窩結(jié)構(gòu)材料，以與泡沫塑料和波紋紙板、石棉瓦等特殊材料。4. 可切割銅、鉛、鋁等薄軟金屬，與塑料、木材和紙張等非金屬

20、材料。 綜合使用性1. 切割不同硬度合成材料時(shí)，可去除軟的部位，保存硬的局部。2. 通過控制水壓，可進(jìn)行切割深度調(diào)整並完成切割、清洗作業(yè)。3. 切割的廢液可排屑、故無灰塵、無污染。4. 加工精度較高， 一般可達(dá) 土 0.0750 075 O.lmmO 1mm。安全、方便、高效率1. 用水切割時(shí)無任何有害氣體或物質(zhì)產(chǎn)生。2. 操作簡單。3. 噴嘴和加工外表無機(jī)械接觸，可用於高速加工。4. 可透過數(shù)控進(jìn)行複雜形狀的自動(dòng)加工。 本錢低1. 加工液-水的費(fèi)用低，在缺水的情況下可循環(huán)使用。2. 噴嘴等零件可在清洗後重複使用。3. 設(shè)備維護(hù)費(fèi)低。3、切除與切斷機(jī)理高速射流本身具有較高的剛性，在與靶物碰撞時(shí)

21、，產(chǎn)生極高的沖擊動(dòng)壓（p=P vc）和渦流的形成，從微觀上看相對于射流平均速度存在著超高速區(qū)和低速區(qū) （有時(shí)可能為負(fù)值），因而高壓水射流外表上雖為圓柱模型，而內(nèi)部實(shí)際上存在剛 性高和剛性低的局部，剛性高的局部產(chǎn)生的沖擊動(dòng)壓使傳播時(shí)間也減少，增大了沖擊強(qiáng)度，宏觀上看起快速楔劈作用，而低剛度局部相對于高剛度局部形成了柔 性空間，起吸屑、排屑作用，這兩者的結(jié)合正好象使得其切割材料時(shí)猶如一把軸 向“鋸刀加工。高速水射流破壞材料的過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)斷裂過程，對脆性材料（如巖石）等主要是以裂紋破壞與擴(kuò)散為主；而對塑性材料符合最大的拉應(yīng)力瞬時(shí)斷裂準(zhǔn)如此，即一旦材料中某點(diǎn)的法向拉應(yīng)力達(dá)到或超過某一臨界值c y時(shí)，

22、該點(diǎn)即發(fā)生斷裂。根 據(jù)彈塑性力學(xué)，動(dòng)態(tài)斷裂強(qiáng)度與靜態(tài)斷裂強(qiáng)度相比要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)左右，主要是因?yàn)閯?dòng)態(tài)應(yīng)力作用時(shí)間短，材料中裂紋來不與開展，因而這個(gè)動(dòng)態(tài)斷裂不僅與 應(yīng)力有關(guān)，還與拉伸應(yīng)力的作用時(shí)間相關(guān)。4、高壓水射流（WJ、AWJ切割應(yīng)用X圍高壓水射流切割是利用具有很高動(dòng)能的高速射流進(jìn)展的（有時(shí)又稱為高速水 射流加工）與激光、離子束、電子束一樣是屬于高能束加工X疇。高壓水射流切割作為一項(xiàng)高新特技術(shù)在某種意義上講是切割領(lǐng)域的一次革命，有著十分廣闊的應(yīng)用前景，隨著技術(shù)的成熟與某些局限的克制，對其它切割工藝是一種完美補(bǔ)充。 目前其用途和優(yōu)勢主要表現(xiàn)在難加工材料方面：如陶瓷、硬質(zhì)合金、高速鋼、模 具鋼、

23、淬火鋼、白口鑄鐵、鎢鉬鉆合金、耐熱合金、鈦合金、耐蝕合金、復(fù)合材 料frm、frp等、鍛燒陶瓷、高速鋼hrc30以下、不銹鋼、高錳鋼、模具鋼 和馬氏體鋼hrc<30高硅鑄鐵、可鍛鑄鐵等一般工程材料，高壓水射流除切 割外，稍降低壓力或增大靶距和流量還可以用于清洗、破碎、外表毛化和強(qiáng)化處 理。在美國，幾乎所有的汽車和飛機(jī)制造廠都有應(yīng)用。目前已在以下行業(yè)獲得成功應(yīng)用：汽車制造與修理、航空航天、機(jī)械加工、國防、軍工、兵器、電子電力、 石油、采礦、輕工、建筑建材、核工業(yè)、化工、船舶、食品、醫(yī)療、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、 市政工程等方面。5、應(yīng)用前景五、超聲波加工超聲波加工 Ultras on ic Machi

24、 ning (USM)1、超聲波2、超聲波加工原理3、超聲波加工裝備4、超聲波加工應(yīng)用1、聲波聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)或能量的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其 平衡位置附近進(jìn)展的往返運(yùn)動(dòng)。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng) 狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。超聲波是指振動(dòng)頻率大于 20KHz以上的，人在自然環(huán)境下無法聽到和感受到的聲波。頻率高于人的聽覺上 限約為20000赫的聲波，稱為超聲波，或稱為超聲。2、超聲波具有如下特性:1超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。2超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。3超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干預(yù)、疊加和共振現(xiàn)象。4超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)

25、，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。3、超聲效應(yīng)當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理 的和化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱的、電磁的和化學(xué)的超聲效應(yīng)。 機(jī)械效應(yīng)。超聲波的機(jī)械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。 空化作用。超聲波作用于液體時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡。 熱效應(yīng)。由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時(shí)能產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)。 化學(xué)效應(yīng)。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反響。4、超聲波加工原理超聲波加工ultrasonicmachining，USM是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過磨料懸浮液加工硬脆材料的一種加工方法。超聲波加工是磨料在超聲波 振動(dòng)

26、作用下的機(jī)械撞擊和拋磨作用與超聲波空化作用的綜合結(jié)果，其中磨料的連續(xù)沖擊是主要的。5、超聲波加工根本原理沖擊、拋磨、空化現(xiàn)象的綜合切蝕作用6、超聲波加工設(shè)備7、超聲波加工設(shè)備歷史超聲機(jī)械加工的原理在1927年就有記錄，超聲波工藝技術(shù)的第一次有用的 描述直到在大約1940年，才在工業(yè)文獻(xiàn)上出現(xiàn)。從那時(shí)以來，超聲機(jī)械加工已 經(jīng)吸引了大量的注意，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在相當(dāng)廣的X圍內(nèi)進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域。在1953-1954年，第一個(gè)超聲機(jī)械工具已經(jīng)建立起來，它多數(shù)是基于鉆和銑的機(jī)器。 大約1960年，有了用于各種用途的各種類型和尺寸的超聲機(jī)械加工工具，并且 已經(jīng)開始進(jìn)入正常生產(chǎn)。8超聲波發(fā)生器作用：將工頻交流電轉(zhuǎn)換

27、為超聲頻電振蕩9、超聲振動(dòng)系統(tǒng)作用：將超聲頻電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲頻機(jī)械振動(dòng)能，經(jīng)變幅桿推動(dòng)工具作高頻振動(dòng)10、超聲波換能器作用：將超聲頻電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲頻機(jī)械振動(dòng) 分類：壓電式換能器利用壓電效應(yīng)制成磁致伸縮式換能器利用磁致伸縮效應(yīng)制成12、磁致伸縮效應(yīng)鎳、鐵鉆釩合金、鋁鐵合金或鐵氧體等鐵磁材料在磁場強(qiáng)度變化下發(fā)生形變。 或者相反的情況。13、壓電效應(yīng)石英晶體、鈦酸鋇BaTiO3陶瓷、鋯鈦酸鉛ZrPbTiO3壓電陶瓷等物質(zhì) 受外力變形時(shí)，在界面上產(chǎn)生電勢?；蛘呦喾吹那闆r。14、擴(kuò)大振幅的原因通過變幅桿任一截面的振動(dòng)能量不變傳播損耗不記截面小的地方能量密 度大能量密度與振幅的平方成正比15、工

28、具作用：推動(dòng)磨料和懸浮液沖擊工件外表，加工出形狀和尺寸材料：45鋼、碳素工具鋼一般硬脆材料硬質(zhì)合金、淬火鋼加工精度高 金剛石鍍覆特殊要求16、工作液和磨料工作液：常用、效果較好水外表質(zhì)量要求高煤油或機(jī)油17、磨料：碳化硼、碳化硅或氧化鋁 生產(chǎn)率要求高顆粒大 加工精度、外表質(zhì)量要求高顆粒18、超聲波加工應(yīng)用型腔、型孔成型加工：加工各種硬脆材料的圓孔、型孔、型腔、溝槽、異形 貫穿孔、彎曲孔、微細(xì)孔、套料等。其加工精度和外表質(zhì)量優(yōu)于電火花和電解加 工。19、超聲波切割加工超聲切割硬脆性材料，比用金剛石刀具切割具有切片薄、切口窄、精 度高、生產(chǎn)率高、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)切割單晶硅片示意圖，一次可切割10-20片20、超聲波焊接加工利用超聲頻作用，去除氧化膜，在兩個(gè)被焊工件外表分子的高速振動(dòng)撞擊下 粘結(jié)在一起焊接尼龍、塑料、鋁制品，在陶瓷等外表涂覆熔化的金屬涂層焊接一 般很難焊接的稀有金屬，如鈦、鉬、釷、锝等21、超聲波復(fù)合加工超聲加工有它的應(yīng)用特點(diǎn)、X圍和加工局限性在一個(gè)加工過程中運(yùn)用兩種或 兩種以上不同類型的加工方法，使之相輔相成，優(yōu)勢互補(bǔ)，此即復(fù)合加工和超聲 波加工相結(jié)合的復(fù)合加工主要有：超聲放電加工、超聲電解加工、超聲振動(dòng)切削 加工、超聲激光加工超聲振動(dòng)切削加工輔以超聲振動(dòng)的以切削或磨削為主的復(fù)合 加工與車削、磨削、鏜削、珩磨、攻絲、鉆削、拉削、