電火花,電化學(xué)加工

1、1第五章第五章 特種加工特種加工特種加工：特種加工：不屬于傳統(tǒng)加工工藝范疇的加工不屬于傳統(tǒng)加工工藝范疇的加工方法方法。 不使用不使用刀具、磨具刀具、磨具等直接利用等直接利用機(jī)械能機(jī)械能切除切除多余材料多余材料, , 而是將而是將電、磁、聲、光電、磁、聲、光等等物理物理能量、化學(xué)能量能量、化學(xué)能量或其組合直接施加在被加或其組合直接施加在被加工的部位上工的部位上 , , 從而使材料被去除、變形或從而使材料被去除、變形或改變性能等。改變性能等。2運(yùn)用領(lǐng)域運(yùn)用領(lǐng)域 特種加工技術(shù)在國際上被稱為特種加工技術(shù)在國際上被稱為21世紀(jì)的技術(shù)世紀(jì)的技術(shù) 難加工材料難加工材料：如鈦合金、耐熱不銹鋼、高強(qiáng)鋼、復(fù)合材料

2、、工程陶瓷、金剛石、紅寶石、硬化玻璃等高硬度、高韌性、高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)材料。 難加工零件難加工零件：如復(fù)雜零件三維型腔、型孔、群孔和窄縫等的加工。 低剛度零件低剛度零件：如薄壁零件、彈性元件等零件的加工。 以高能量密度束流實(shí)現(xiàn)焊接、切割、制孔、噴涂、表面改性、刻蝕和精細(xì)加工。 3 特種加工優(yōu)點(diǎn)特種加工優(yōu)點(diǎn)： 1)1)可以完成傳統(tǒng)加工難以加工的材料可以完成傳統(tǒng)加工難以加工的材料 ( ( 如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、耐高溫材料和如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、耐高溫材料和工業(yè)陶瓷、磁性材料等工業(yè)陶瓷、磁性材料等 ) ) 2)2)可以完成精密、微細(xì)、形狀復(fù)雜零件的加工?？梢酝瓿删堋⑽⒓?xì)、形狀

3、復(fù)雜零件的加工。 在航空航天、電子、輕工等工業(yè)部門以及電機(jī)、電器、在航空航天、電子、輕工等工業(yè)部門以及電機(jī)、電器、儀表、儀表、 透平機(jī)械、汽車和拖拉機(jī)等行業(yè)中透平機(jī)械、汽車和拖拉機(jī)等行業(yè)中 , , 已成為不已成為不可缺少的加工方法?？扇鄙俚募庸し椒?。 特種加工是近幾十年發(fā)展起來的新工藝特種加工是近幾十年發(fā)展起來的新工藝 , , 是對(duì)是對(duì)傳統(tǒng)加工工藝方法的重要補(bǔ)充與發(fā)展傳統(tǒng)加工工藝方法的重要補(bǔ)充與發(fā)展 , , 目前仍目前仍在繼續(xù)研究開發(fā)和改進(jìn)。在繼續(xù)研究開發(fā)和改進(jìn)。4特種加工種類特種加工種類 電火花加工電火花加工 電化學(xué)加工電化學(xué)加工 激光加工激光加工 超聲波加工超聲波加工 等離子弧加工等離子弧

4、加工5一、電火花加工一、電火花加工1、電火花加工的原理與特點(diǎn)、電火花加工的原理與特點(diǎn) 利用脈沖放電產(chǎn)生的局部瞬時(shí)（利用脈沖放電產(chǎn)生的局部瞬時(shí)（1000010000）去除材料去除材料 , , 也有稱放電加工或電蝕加工的。也有稱放電加工或電蝕加工的。6脈沖電源工具電極工件電極(a)(b)(c)(d)(e)BA7 (1) 極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道。極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道。(圖圖a) 工具電極與工件電極緩緩靠近，極間的電場強(qiáng)度增大，在工具電極與工件電極緩緩靠近，極間的電場強(qiáng)度增大，在兩極間距離最近處電場強(qiáng)度最大。兩極間距離最近處電場強(qiáng)度最大。工具電極與工件電極之間充滿著液體介質(zhì)，

5、工具電極與工件電極之間充滿著液體介質(zhì)，液體介質(zhì)中液體介質(zhì)中含有雜質(zhì)及自由電子，它們?cè)趶?qiáng)大的電場作用下，形成了帶含有雜質(zhì)及自由電子，它們?cè)趶?qiáng)大的電場作用下，形成了帶負(fù)電的粒子和帶正電的粒子，電場強(qiáng)度越大，帶電粒子就越負(fù)電的粒子和帶正電的粒子，電場強(qiáng)度越大，帶電粒子就越多，最終導(dǎo)致液體介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道。多，最終導(dǎo)致液體介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道。由于通由于通道截面很小，通道內(nèi)因高溫?zé)崤蛎浶纬傻膲毫Ω哌_(dá)幾萬帕，道截面很小，通道內(nèi)因高溫?zé)崤蛎浶纬傻膲毫Ω哌_(dá)幾萬帕，高溫高壓的放電通道急速擴(kuò)展，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波向四高溫高壓的放電通道急速擴(kuò)展，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時(shí)還

6、伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng)，這就形成周傳播。在放電的同時(shí)還伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng)，這就形成了肉眼所能看到的電火花。了肉眼所能看到的電火花。8 (2) 電極材料的熔化、氣化熱膨脹電極材料的熔化、氣化熱膨脹(如圖 b.c)。 液體介質(zhì)被電離、擊穿，形成放電通道后，液體介質(zhì)被電離、擊穿，形成放電通道后，通道間帶負(fù)電的粒通道間帶負(fù)電的粒子奔向正極，帶正電的粒子奔向負(fù)極，粒子間相互撞擊，產(chǎn)生子奔向正極，帶正電的粒子奔向負(fù)極，粒子間相互撞擊，產(chǎn)生大量的熱能，使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。大量的熱能，使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。 通道高溫首先使工作液液化，進(jìn)而氣化，然后高溫向四周擴(kuò)散，通道高溫首先使工作液液化，進(jìn)而氣化，

7、然后高溫向四周擴(kuò)散，使兩電極表面的金屬材料開始熔化直至沸騰氣化。氣化后的工使兩電極表面的金屬材料開始熔化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間體積猛增，形成了爆炸的特性。所以在觀作液和金屬蒸氣瞬間體積猛增，形成了爆炸的特性。所以在觀察電火花加工時(shí)，可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象，并察電火花加工時(shí)，可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象，并聽到輕微的爆炸聲。聽到輕微的爆炸聲。9 (3) 電極材料的拋出電極材料的拋出(如圖如圖d所示所示)。 正負(fù)電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象，使放電通道產(chǎn)生高溫正負(fù)電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象，使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。高壓。通道中心的壓力最高，工作液和金屬氣化后不斷通道中心

8、的壓力最高，工作液和金屬氣化后不斷向外膨脹，形成內(nèi)外瞬間壓力差，高壓力處的熔融金屬向外膨脹，形成內(nèi)外瞬間壓力差，高壓力處的熔融金屬液體和蒸汽被排擠，拋出放電通道，液體和蒸汽被排擠，拋出放電通道，大部分被拋入到工大部分被拋入到工作液中。仔細(xì)觀察電火花加工，可以看到桔紅色的火花作液中。仔細(xì)觀察電火花加工，可以看到桔紅色的火花四濺，這就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。四濺，這就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。 10 (4) 極間介質(zhì)的消電離極間介質(zhì)的消電離(如圖如圖e所示所示)。加工液流入放電。加工液流入放電間隙，將電蝕產(chǎn)物及殘余的熱量帶走，并恢復(fù)絕緣間隙，將電蝕產(chǎn)物及殘余的熱量帶走，并恢復(fù)絕緣狀態(tài)。狀

9、態(tài)。 若電火花放電過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物來不及排除和擴(kuò)散，產(chǎn)若電火花放電過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物來不及排除和擴(kuò)散，產(chǎn)生的熱量將不能及時(shí)傳出，使該處介質(zhì)局部過熱，局部過熱生的熱量將不能及時(shí)傳出，使該處介質(zhì)局部過熱，局部過熱的工作液高溫分解、積炭，使加工無法繼續(xù)進(jìn)行，并燒壞電的工作液高溫分解、積炭，使加工無法繼續(xù)進(jìn)行，并燒壞電極。極。因此，為了保證電火花加工過程的正常進(jìn)行，在兩次放因此，為了保證電火花加工過程的正常進(jìn)行，在兩次放電之間必須有足夠的時(shí)間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排出，恢復(fù)放電之間必須有足夠的時(shí)間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排出，恢復(fù)放電通道的絕緣性，使工作液介質(zhì)消電離。電通道的絕緣性，使工作液介質(zhì)消電離。1

10、12 2、電火花加工的特點(diǎn)、電火花加工的特點(diǎn)(1)(1)可以加工任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性以及可以加工任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導(dǎo)電材料。高純度的導(dǎo)電材料。(2)(2)加工時(shí)無明顯的機(jī)械力，故適用于低剛度工件和微細(xì)加工時(shí)無明顯的機(jī)械力，故適用于低剛度工件和微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工。結(jié)構(gòu)的加工。(3)(3)脈沖參數(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而可以在同一臺(tái)機(jī)脈沖參數(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而可以在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。床上進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。(4)(4)在一般情況下生產(chǎn)效率低于切削加工。在一般情況下生產(chǎn)效率低于切削加工。(5)(5)放電過程有部分能量消耗在

11、工具電極上，從而導(dǎo)致電放電過程有部分能量消耗在工具電極上，從而導(dǎo)致電極損耗，影響成形精度。極損耗，影響成形精度。123 3、 電火花加工的分類電火花加工的分類 按工藝過程中工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和用途按工藝過程中工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和用途不同，電火花加工主要分為：不同，電火花加工主要分為：電火花成形加工電火花成形加工、電火花線切割電火花線切割加工、加工、電火花表面強(qiáng)化電火花表面強(qiáng)化等。等。 （1 1）電火花成形加工）電火花成形加工 電火花成形加工是通過工具電極相對(duì)于工件作電火花成形加工是通過工具電極相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，將工件電極的形狀和尺寸復(fù)制在工件將工件電極的形狀和尺寸復(fù)制

12、在工件上上，從而加工出所需要的零件，如圖，從而加工出所需要的零件，如圖所示。所示。13 電火花成形加工主要用于加工各類電火花成形加工主要用于加工各類熱鍛模，壓熱鍛模，壓鑄模、擠壓模，塑料模和膠木模的型腔。鑄模、擠壓模，塑料模和膠木模的型腔。這類這類型腔多為盲孔，內(nèi)形復(fù)雜，各處深淺不同，加型腔多為盲孔，內(nèi)形復(fù)雜，各處深淺不同，加工較為因難。工較為因難。14 近年來，在電火花穿孔加工中發(fā)近年來，在電火花穿孔加工中發(fā)展了展了高速小孔加工高速小孔加工，解決了小孔，解決了小孔加工中電極截面小，易變形，孔加工中電極截面小，易變形，孔的深徑比大，排屑困難等問題，的深徑比大，排屑困難等問題，工具電極在回轉(zhuǎn)的同

13、時(shí)作軸向進(jìn)工具電極在回轉(zhuǎn)的同時(shí)作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)如圖。這種方式適合于給運(yùn)動(dòng)如圖。這種方式適合于0.33 mm0.33 mm的小孔的小孔。 這種方法還可以用于這種方法還可以用于在斜面和曲面上在斜面和曲面上打孔，且孔的尺寸精度和形狀精度較高。打孔，且孔的尺寸精度和形狀精度較高。15 （2）電火花線切割加工電火花線切割加工 電火花線切割加工是電火花線切割加工是利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲作工具利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲作工具電極，按預(yù)定的軌跡進(jìn)行脈沖放電切割。電極，按預(yù)定的軌跡進(jìn)行脈沖放電切割。 電火花線切割按線電極移動(dòng)的速度大小可分為電火花線切割按線電極移動(dòng)的速度大小可分為高速走絲高速走絲線切割線切割和和低速走絲線切割

14、低速走絲線切割。我國普遍采用高速走絲線切。我國普遍采用高速走絲線切割。割。（1 1）高速走絲高速走絲時(shí)，線電極是直徑為時(shí)，線電極是直徑為0.020.02一一0.30.3的高強(qiáng)度的高強(qiáng)度鉬鉬絲絲；鉬絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度為；鉬絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度為810m810ms s。（2 2）低速走絲低速走絲時(shí)，多采用時(shí)，多采用鋼絲鋼絲，線電極以小于，線電極以小于0 002 m02 ms s的速度作單方向低速移動(dòng)。的速度作單方向低速移動(dòng)。16電火花線切割的原理電火花線切割的原理 17 脈沖電源的一極接工件，另一極接纏繞金屬絲的儲(chǔ)脈沖電源的一極接工件，另一極接纏繞金屬絲的儲(chǔ)絲筒。電極絲穿過工件上預(yù)加工的工藝小孔，再經(jīng)絲

15、筒。電極絲穿過工件上預(yù)加工的工藝小孔，再經(jīng)導(dǎo)輪由儲(chǔ)絲筒帶動(dòng)作正，反向的往復(fù)移動(dòng)。工作臺(tái)導(dǎo)輪由儲(chǔ)絲筒帶動(dòng)作正，反向的往復(fù)移動(dòng)。工作臺(tái)在水平面兩個(gè)坐標(biāo)方向按各自預(yù)定的控制程序，在水平面兩個(gè)坐標(biāo)方向按各自預(yù)定的控制程序，根根據(jù)放電間隙狀態(tài)作伺服進(jìn)給移動(dòng)，合成各種曲線軌據(jù)放電間隙狀態(tài)作伺服進(jìn)給移動(dòng)，合成各種曲線軌跡，把工件切割成形。與此同時(shí)，工作液不斷噴注跡，把工件切割成形。與此同時(shí)，工作液不斷噴注在工件與鉬絲之間，起絕緣、冷卻和沖走屑末的作在工件與鉬絲之間，起絕緣、冷卻和沖走屑末的作用。用。 18電火花加工、電火花線切割加工的特點(diǎn)電火花加工、電火花線切割加工的特點(diǎn) 1 1共同特點(diǎn)共同特點(diǎn) (1) (

16、1) 二者的加工原理相同二者的加工原理相同，都是通過電火花放電產(chǎn)，都是通過電火花放電產(chǎn)生的熱來熔解去除金屬的，所以二者加工材料的難生的熱來熔解去除金屬的，所以二者加工材料的難易與材料的硬度無關(guān)，加工中不存在顯著的機(jī)械切易與材料的硬度無關(guān)，加工中不存在顯著的機(jī)械切削力。削力。 (2) (2) 二者的加工機(jī)理、生產(chǎn)率、表面粗糙度等工藝二者的加工機(jī)理、生產(chǎn)率、表面粗糙度等工藝規(guī)律基本相似規(guī)律基本相似，可以加工硬質(zhì)合金等一切導(dǎo)電材料。，可以加工硬質(zhì)合金等一切導(dǎo)電材料。19電火花加工3456721(b) 穿孔加工(c) 成型加工電極工件電極工件1工件；2脈沖電源；3自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)；4工具；5工作液；6

17、過濾器；7工作液泵(a) 電火花加工原理示意圖20圖 線切割加工(a) 加工示意圖543211絕緣底板；2工件；3脈沖電源；4滾絲筒；5電極絲(b) 線切割加工原理示意圖212不同特點(diǎn)不同特點(diǎn) （1）從加工原理看，）從加工原理看，電火花加工是將電極形狀復(fù)制到工件電火花加工是將電極形狀復(fù)制到工件上。在實(shí)際中可以加工通孔（穿孔）和盲孔上。在實(shí)際中可以加工通孔（穿孔）和盲孔(成型加工）。成型加工）。 線切割加工是利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線線切割加工是利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線(銅絲或鉬絲銅絲或鉬絲)做電極，做電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電，切割成型的一種工藝方法。對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電，切割成型的一種工藝方法。

18、(2) (2) 從產(chǎn)品形狀角度看，從產(chǎn)品形狀角度看，電火花加工必須先用數(shù)控加工等方電火花加工必須先用數(shù)控加工等方法法加工出與產(chǎn)品形狀相似的電極加工出與產(chǎn)品形狀相似的電極；線切割加工中產(chǎn)品的形狀；線切割加工中產(chǎn)品的形狀是是通過工作臺(tái)按給定的控制程序移動(dòng)而合成的通過工作臺(tái)按給定的控制程序移動(dòng)而合成的，只對(duì)工件進(jìn)，只對(duì)工件進(jìn)行輪廓圖形加工，余料仍可利用。行輪廓圖形加工，余料仍可利用。22 (3) (3) 從電極角度看，從電極角度看，電火花加工必須制作成型用的電極電火花加工必須制作成型用的電極( (一般一般用用銅、石墨銅、石墨等材料制作而成等材料制作而成) )；線切割加工用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)；線切割加工用

19、移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線線( (銅絲或鉬絲銅絲或鉬絲) )做電極。做電極。 (4) (4) 從電極損耗角度看，從電極損耗角度看，電火花加工中電極相對(duì)靜止，電火花加工中電極相對(duì)靜止，易損易損耗，故通常采用多個(gè)電極加工耗，故通常采用多個(gè)電極加工；而線切割加工中由于；而線切割加工中由于電極絲電極絲連續(xù)移動(dòng)，使新的電極絲不斷地補(bǔ)充和替換在電蝕加工區(qū)受連續(xù)移動(dòng)，使新的電極絲不斷地補(bǔ)充和替換在電蝕加工區(qū)受到損耗的電極絲，避免了電極損耗對(duì)加工精度的影響。到損耗的電極絲，避免了電極損耗對(duì)加工精度的影響。 (5) 從應(yīng)用角度看從應(yīng)用角度看，電火花加工可以加工通孔、盲孔，特別適電火花加工可以加工通孔、盲孔，特別適宜加工形

20、狀復(fù)雜的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花紋宜加工形狀復(fù)雜的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花紋等；而線切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形等；而線切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形狀復(fù)雜的窄縫及各種形狀復(fù)雜的零件。狀復(fù)雜的窄縫及各種形狀復(fù)雜的零件。23(a) 電火花加工產(chǎn)品 (b) 線切割加工產(chǎn)品圖2-5 加工產(chǎn)品實(shí)例24二、二、 電解加工電解加工一、電解加工過程及特點(diǎn)一、電解加工過程及特點(diǎn) 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“陽極溶解陽極溶解”將將工件加工成形的工件加工成形的。 25化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 電解加工時(shí)的化學(xué)反應(yīng)是比較復(fù)雜的電解加工時(shí)的化

21、學(xué)反應(yīng)是比較復(fù)雜的 , 它隨它隨工工件材料、件材料、 電解液成分電解液成分等不同而不同。當(dāng)用氯化鈉水溶等不同而不同。當(dāng)用氯化鈉水溶液作電解液加工低碳鋼工件時(shí)液作電解液加工低碳鋼工件時(shí) , 其主要電化學(xué)反應(yīng)如其主要電化學(xué)反應(yīng)如下下 :電解液在電場作用下離解電解液在電場作用下離解2) 工件工件 ( 陽極陽極 ) 離解并與電解液反應(yīng)離解并與電解液反應(yīng)3) 工具極工具極 ( 陰極陰極 ) 反應(yīng)反應(yīng)222HeH26 工件工件 ( 陽極陽極 ) 的的 Fe 原子失去電子原子失去電子 , 以以 Fe+ +的形式與的形式與電解液中的電解液中的 OH- 化合生成化合生成 Fe(OH)2 而沉淀。由于而沉淀。由于

22、 Fe(OH)2 在水中的溶解度很在水中的溶解度很 小小 , 起初為墨綠色的絮狀起初為墨綠色的絮狀物物 , 時(shí)間一長時(shí)間一長 , 就逐漸被電解液及空氣中的氧氧化就逐漸被電解液及空氣中的氧氧化 , 而而生成黃褐色的生成黃褐色的 Fe(OH)3( 即鐵銹即鐵銹 ) 沉淀物沉淀物 ,其反應(yīng)如下其反應(yīng)如下 : 4Fe(OH)2+2H2O +O2 4Fe(OH)3 沉淀物被高速流動(dòng)的電解液帶走沉淀物被高速流動(dòng)的電解液帶走 , 達(dá)到去除工件材料的達(dá)到去除工件材料的目的。目的。 電解液電解液中的中的 H+ 不斷從工具不斷從工具 ( 陰極陰極 ) 得到電子得到電子 , 形成氫形成氫氣氣 (H2) 游離而出游離

23、而出 。在整個(gè)過程中在整個(gè)過程中 , 僅有工件僅有工件 ( 陽極陽極 ) 和水逐漸消耗和水逐漸消耗 , 而而工具工具 ( 陰極陰極 ) 和和 NaCl 并不消耗。并不消耗。27 當(dāng)工具陰極不斷向工件進(jìn)給時(shí)當(dāng)工具陰極不斷向工件進(jìn)給時(shí) , , 在工件表面上在工件表面上 , , 金屬材料按陰極型面的形狀不斷地溶解金屬材料按陰極型面的形狀不斷地溶解 , , 電解產(chǎn)電解產(chǎn)生物被高速電解液帶走生物被高速電解液帶走 , , 于是在工件的相應(yīng)表面于是在工件的相應(yīng)表面上就加工出和陰極型面近似相反的形狀。上就加工出和陰極型面近似相反的形狀。 電解加工采用電解加工采用 低的工作電壓低的工作電壓 (6-24 V) (

24、6-24 V) 大的工作電流大的工作電流 ( ( 某些場合可高達(dá)某些場合可高達(dá) 20000A) 20000A) 狹小的加工間隙狹小的加工間隙 (0.1-1mm) (0.1-1mm) 高的電解液流速高的電解液流速 (5-60m/s) (5-60m/s) 。28電解液電解液 1. 主要作用：主要作用： 作為導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流；作為導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流； 在電場作用下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)；在電場作用下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)； 及時(shí)帶走加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物及量。及時(shí)帶走加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物及量。 29 2. 基本要求：基本要求： 保證足夠的蝕除速度保證足夠的蝕除速度 即電解質(zhì)有較高的溶解即電解質(zhì)有較高的溶解度和離

25、解度度和離解度 保證較高的精度和表面質(zhì)量保證較高的精度和表面質(zhì)量 即電解液中的金即電解液中的金屬陽離子不應(yīng)放電沉積到陰極工具上。屬陽離子不應(yīng)放電沉積到陰極工具上。 陽極反應(yīng)的最終產(chǎn)物應(yīng)是不溶性的化合物陽極反應(yīng)的最終產(chǎn)物應(yīng)是不溶性的化合物 。 具有性能穩(wěn)定、操作安全、價(jià)格便宜及對(duì)設(shè)具有性能穩(wěn)定、操作安全、價(jià)格便宜及對(duì)設(shè)備腐蝕性小的特點(diǎn)。備腐蝕性小的特點(diǎn)。 30 3. 常用的電解液：常用的電解液： 酸性電解液：酸性電解液：導(dǎo)電率高，蝕除速度快，電解產(chǎn)導(dǎo)電率高，蝕除速度快，電解產(chǎn)物易溶于電解液。但對(duì)人的危害和對(duì)設(shè)備的腐蝕性物易溶于電解液。但對(duì)人的危害和對(duì)設(shè)備的腐蝕性大，金屬離子容易沉積在陰極處，且廢

26、液難以處理。大，金屬離子容易沉積在陰極處，且廢液難以處理。 只用在高精度小間隙、細(xì)長孔以及鍺、鉬、鈮只用在高精度小間隙、細(xì)長孔以及鍺、鉬、鈮等難溶金屬加工。等難溶金屬加工。 堿性電解液：堿性電解液：對(duì)人有害，會(huì)生成難溶性陽極薄對(duì)人有害，會(huì)生成難溶性陽極薄膜，只用于加工鎢、鉬等金屬材料。膜，只用于加工鎢、鉬等金屬材料。 中性電解液：中性電解液：使用時(shí)安全，對(duì)設(shè)備腐蝕性小，使用時(shí)安全，對(duì)設(shè)備腐蝕性小，使用比較普遍。使用比較普遍。 314.電解液的流向及流速電解液的流向及流速 流向：正向流動(dòng)、反向流動(dòng)和橫向流動(dòng)。流向：正向流動(dòng)、反向流動(dòng)和橫向流動(dòng)。 32 流速：由電解液泵的出口壓力決定，一般為流速：

27、由電解液泵的出口壓力決定，一般為10ms。電流密度大時(shí)，流速應(yīng)適當(dāng)調(diào)高。電流密度大時(shí)，流速應(yīng)適當(dāng)調(diào)高。33 3 3、電解加工的特點(diǎn)、電解加工的特點(diǎn) (1) (1) 生產(chǎn)率高：生產(chǎn)率高：能以簡單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出形狀復(fù)雜的型面或能以簡單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出形狀復(fù)雜的型面或型腔型腔 , , 如鍛模、葉片等。如鍛模、葉片等。(2) (2) 加工范圍廣：加工范圍廣：可加工高硬度可加工高硬度 及高強(qiáng)度和高韌性等難切削的金及高強(qiáng)度和高韌性等難切削的金屬材料屬材料 , , 如淬火鋼、高溫合金、鈦合金等。如淬火鋼、高溫合金、鈦合金等。(3) (3) 無機(jī)械切削力或切削熱無機(jī)械切削力或切削熱 ：適合于易變形或

28、薄壁零件的加工。：適合于易變形或薄壁零件的加工。(4) (4) 加工后零件表面無剩余應(yīng)力和毛刺加工后零件表面無剩余應(yīng)力和毛刺： 表面粗糙度表面粗糙度 Ra Ra 值為值為 0.2-0.8 m0.2-0.8 m。(5) (5) 工具陰極不損耗。工具陰極不損耗。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：加工穩(wěn)定性不好控制；不適合單件小批量生產(chǎn)；加工穩(wěn)定性不好控制；不適合單件小批量生產(chǎn)；設(shè)備投資大；產(chǎn)生環(huán)境污染。設(shè)備投資大；產(chǎn)生環(huán)境污染。4 4、電解加工和電火花加工的比較、電解加工和電火花加工的比較 在應(yīng)用范圍上有許多相似之處在應(yīng)用范圍上有許多相似之處 , , 所不同的是電解加工的所不同的是電解加工的生產(chǎn)率生產(chǎn)率較高較高 , ,

29、 加工精度較低加工精度較低 , , 且機(jī)床費(fèi)用較高且機(jī)床費(fèi)用較高。電解加工適用于成批和大量生產(chǎn)電解加工適用于成批和大量生產(chǎn) 電火花加工主要適用于單件小批生產(chǎn)電火花加工主要適用于單件小批生產(chǎn) 。345 5、電解加工的應(yīng)用電解加工的應(yīng)用 （1 1）電解整體葉輪電解整體葉輪 葉片是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)中的關(guān)鍵零件，它的形狀復(fù)雜，精葉片是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)中的關(guān)鍵零件，它的形狀復(fù)雜，精度要求高，生產(chǎn)批量大。度要求高，生產(chǎn)批量大。 機(jī)械加工方法制造葉輪時(shí)，葉片毛坯是精密鑄造的，經(jīng)過機(jī)械加機(jī)械加工方法制造葉輪時(shí)，葉片毛坯是精密鑄造的，經(jīng)過機(jī)械加工和拋光，再分別鑲?cè)肴~輪輪緣的榫槽中，最后焊接形成整體葉輪。工和

30、拋光，再分別鑲?cè)肴~輪輪緣的榫槽中，最后焊接形成整體葉輪。 電解加工整體葉輪時(shí)，只要先將整體葉輪的毛坯加工好，可用電解加工整體葉輪時(shí)，只要先將整體葉輪的毛坯加工好，可用套料法加工。每加工完一個(gè)葉片，退出陰極，分度后再依次加工下套料法加工。每加工完一個(gè)葉片，退出陰極，分度后再依次加工下一個(gè)葉片。一個(gè)葉片。電解加工的葉片型面電解加工的葉片型面 不但可大大縮短加工不但可大大縮短加工周期，而且可保證葉輪周期，而且可保證葉輪的整體強(qiáng)度和質(zhì)量。不的整體強(qiáng)度和質(zhì)量。不受材料硬度和韌性的限受材料硬度和韌性的限制，在一次行程中可加制，在一次行程中可加工出復(fù)雜的葉片型面，工出復(fù)雜的葉片型面，比機(jī)械加工有明顯的優(yōu)比機(jī)

31、械加工有明顯的優(yōu)越性。越性。35 （2 2）電解去毛刺電解去毛刺 機(jī)械加工中常采用鉗工方法去毛刺，這不機(jī)械加工中常采用鉗工方法去毛刺，這不但工作量大，而且有的毛刺因過硬或空間狹小但工作量大，而且有的毛刺因過硬或空間狹小而難以去除。若采用電解加工，則可以提高工而難以去除。若采用電解加工，則可以提高工效，節(jié)省費(fèi)用。效，節(jié)省費(fèi)用。 利用電解加工，不僅可以完成上述重要的利用電解加工，不僅可以完成上述重要的工藝過程，而且還可以應(yīng)用于加工型孔、型腔、工藝過程，而且還可以應(yīng)用于加工型孔、型腔、復(fù)雜型面、小而深的孔復(fù)雜型面、小而深的孔 , , 以及套料、去毛刺、以及套料、去毛刺、刻印等方面?？逃〉确矫?。 （3

32、 3）電解加工鍛模電解加工鍛模 有一些機(jī)械零件鍛模精度要求不高可采用電有一些機(jī)械零件鍛模精度要求不高可采用電解加工提高生產(chǎn)效率。解加工提高生產(chǎn)效率。36電解磨削電解磨削一、電解磨削的原理及特點(diǎn)一、電解磨削的原理及特點(diǎn) 原理：電解作用與機(jī)械磨削相原理：電解作用與機(jī)械磨削相 結(jié)合進(jìn)行加工結(jié)合進(jìn)行加工37 二、電解液及電解磨削設(shè)備二、電解液及電解磨削設(shè)備 1. 電解液電解液 要求：能使金屬表面生成結(jié)構(gòu)緊密、粘附要求：能使金屬表面生成結(jié)構(gòu)緊密、粘附力強(qiáng)的鈍化膜并不發(fā)生陽極溶解；具有良好力強(qiáng)的鈍化膜并不發(fā)生陽極溶解；具有良好的導(dǎo)電性；的導(dǎo)電性； 常用電解液：電解磨削碳鋼以常用電解液：電解磨削碳鋼以NaN

33、O3、KNO3、NaNO2等為主的；磨削硬質(zhì)合金時(shí)，等為主的；磨削硬質(zhì)合金時(shí)，除了除了NaNO3或或KNO3外，還應(yīng)加入適當(dāng)?shù)耐?，還應(yīng)加入適當(dāng)?shù)摹敖j(luò)合劑絡(luò)合劑” 或其它物質(zhì)?；蚱渌镔|(zhì)。38 2. 電解磨削設(shè)備電解磨削設(shè)備 組成：直流電源，電解液系統(tǒng)和電解磨床。組成：直流電源，電解液系統(tǒng)和電解磨床。 直流電源：電壓直流電源：電壓520V內(nèi)可調(diào)，最大工作電內(nèi)可調(diào)，最大工作電流視加工面積和生產(chǎn)率可自流視加工面積和生產(chǎn)率可自101000A不等。不等。 循環(huán)泵：耐蝕性強(qiáng)，具有過濾和沉淀雜質(zhì)、抽循環(huán)泵：耐蝕性強(qiáng)，具有過濾和沉淀雜質(zhì)、抽風(fēng)裝置。風(fēng)裝置。 電解磨床：與普通磨床類似，機(jī)床主軸應(yīng)保證電解磨床：與

34、普通磨床類似，機(jī)床主軸應(yīng)保證砂輪工作面的偏擺量不大于砂輪工作面的偏擺量不大于0.010.02mm。工具、。工具、夾具和機(jī)床間應(yīng)有絕緣措施，防腐措施。夾具和機(jī)床間應(yīng)有絕緣措施，防腐措施。39電鑄與涂鍍電鑄與涂鍍 電鍍：404142電鑄電鑄 1. 電鑄加工原理及特點(diǎn)電鑄加工原理及特點(diǎn) 原理：利用電鍍液中金屬正離子在電場的作原理：利用電鍍液中金屬正離子在電場的作用下，鍍覆沉積到陰極。用下，鍍覆沉積到陰極。43 2. 電鑄加工的主要設(shè)備電鑄加工的主要設(shè)備 包括：電鑄槽、直流電源、攪拌和循環(huán)過濾系包括：電鑄槽、直流電源、攪拌和循環(huán)過濾系統(tǒng)及加熱和冷卻裝置。統(tǒng)及加熱和冷卻裝置。 電鑄槽：一般用鉛板、橡腔或

35、塑料等耐腐蝕材電鑄槽：一般用鉛板、橡腔或塑料等耐腐蝕材料作襯里，焊接鋼板作外框。料作襯里，焊接鋼板作外框。 直流電源：直流電源：320V可調(diào)，電流密度為可調(diào)，電流密度為0.150.30Acm2。44 四四、高能束加工簡介、高能束加工簡介 高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高能量密度高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高能量密度射束射束, ,去除工件上多余材料的特種加工方法，通常包括去除工件上多余材料的特種加工方法，通常包括激光加工、電子束加工和離子束加工激光加工、電子束加工和離子束加工等。等。 1、激光加工光加工激光加工是光加工是2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代發(fā)展起來的一種新技術(shù)。它是利年代發(fā)

36、展起來的一種新技術(shù)。它是利用光能經(jīng)過透鏡聚焦后達(dá)到很高的能敏密度，依靠光熱用光能經(jīng)過透鏡聚焦后達(dá)到很高的能敏密度，依靠光熱效應(yīng)來加工各種材料。由于它利用高能光束進(jìn)行加工，效應(yīng)來加工各種材料。由于它利用高能光束進(jìn)行加工，加工速度快，變形小，可以加工各種金屬和非金屬材料，加工速度快，變形小，可以加工各種金屬和非金屬材料，在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷顯示出它的優(yōu)越性，因而，泛用于打在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷顯示出它的優(yōu)越性，因而，泛用于打孔、切割、焊接、表面熱處理以及信息存儲(chǔ)等許多領(lǐng)城?？?、切割、焊接、表面熱處理以及信息存儲(chǔ)等許多領(lǐng)城。45（1 1）激光加工原理）激光加工原理 激光激光是一種受激輻射產(chǎn)生的加強(qiáng)光。它的光是

37、一種受激輻射產(chǎn)生的加強(qiáng)光。它的光強(qiáng)度高，方向性、相干性和單色性好，通過光學(xué)強(qiáng)度高，方向性、相干性和單色性好，通過光學(xué)系統(tǒng)可將激光束聚焦成直徑為幾十微米到幾微米系統(tǒng)可將激光束聚焦成直徑為幾十微米到幾微米的極小光斑，從而獲得極高的能量密度的極小光斑，從而獲得極高的能量密度(10 -10 (10 -10 W Wc c) )。當(dāng)激光照射到工件表面，光能被工件。當(dāng)激光照射到工件表面，光能被工件吸收并迅速轉(zhuǎn)化為熱能，光斑區(qū)域的溫度可達(dá)吸收并迅速轉(zhuǎn)化為熱能，光斑區(qū)域的溫度可達(dá)萬萬度度以上，使材料熔化甚至汽化。隨著激光能量的以上，使材料熔化甚至汽化。隨著激光能量的不斷吸收，材料凹坑內(nèi)的金屬蒸汽迅速膨脹，壓不斷

38、吸收，材料凹坑內(nèi)的金屬蒸汽迅速膨脹，壓力突然增大，熔融物爆炸式地高速噴射出來，在力突然增大，熔融物爆炸式地高速噴射出來，在工件內(nèi)部形成方向性很強(qiáng)的沖擊波。因此，激光工件內(nèi)部形成方向性很強(qiáng)的沖擊波。因此，激光加工是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊加工是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊波的綜合作用過程。波的綜合作用過程。 81046 如圖是固體激光器中激光的產(chǎn)生和工作原理圖。如圖是固體激光器中激光的產(chǎn)生和工作原理圖。 當(dāng)激光的工作物質(zhì)當(dāng)激光的工作物質(zhì)釔鋁石榴石釔鋁石榴石受到光泵受到光泵( (激勵(lì)脈激勵(lì)脈沖債燈沖債燈) )的激發(fā)后，吸收具有特定波長的光，在一的激發(fā)后，吸收具有特定波長的光，在

39、一定條件下可導(dǎo)致工作物質(zhì)中的亞穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)大于低定條件下可導(dǎo)致工作物質(zhì)中的亞穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)大于低能級(jí)粒子數(shù)，這種現(xiàn)象稱為能級(jí)粒子數(shù)，這種現(xiàn)象稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。此時(shí)一旦。此時(shí)一旦有少量激發(fā)粒子發(fā)生受激輻射躍遷，造成光放大，有少量激發(fā)粒子發(fā)生受激輻射躍遷，造成光放大，再通過諧振腔內(nèi)的全反射鏡和部分反射鏡的反饋?zhàn)髟偻ㄟ^諧振腔內(nèi)的全反射鏡和部分反射鏡的反饋?zhàn)饔卯a(chǎn)生振蕩，就會(huì)由諧振腔的一端輸出激光。再通用產(chǎn)生振蕩，就會(huì)由諧振腔的一端輸出激光。再通過透鏡聚焦形成高能光束，照射在工件表面，即可過透鏡聚焦形成高能光束，照射在工件表面，即可進(jìn)行加工。固體激光器中常用的工作物質(zhì)除了進(jìn)行加工。固體激光器中常用的工

40、作物質(zhì)除了釔鋁釔鋁石榴石石榴石外，還有外，還有紅寶石紅寶石和和銣玻璃銣玻璃等材料。等材料。47（2 2）激光加工的特點(diǎn)激光加工的特點(diǎn) 幾乎可以加工任何金屬與非金屬材料。激光加幾乎可以加工任何金屬與非金屬材料。激光加工無明顯機(jī)械力，也不存在工具損耗問題。加工速工無明顯機(jī)械力，也不存在工具損耗問題。加工速度快，熱影響區(qū)小，易實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化。激度快，熱影響區(qū)小，易實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化。激光可通過玻璃等透明材料進(jìn)行加工，如對(duì)真空管內(nèi)光可通過玻璃等透明材料進(jìn)行加工，如對(duì)真空管內(nèi)部進(jìn)行焊接等。激光可以通過聚焦，形成微米級(jí)部進(jìn)行焊接等。激光可以通過聚焦，形成微米級(jí)的光斑，輸出功率的大小又可以調(diào)節(jié)，因此可用

41、于的光斑，輸出功率的大小又可以調(diào)節(jié)，因此可用于精密微細(xì)加工?？梢赃_(dá)到精密微細(xì)加工?？梢赃_(dá)到0.01 mm0.01 mm的平均加工精的平均加工精度和度和0 0001 mm001 mm的最高加工精度，表面粗糙度的最高加工精度，表面粗糙度RaRa可可達(dá)達(dá)0 010104 4 m m。 特別適用對(duì)堅(jiān)硬材料進(jìn)行微小孔的加工，孔的直徑特別適用對(duì)堅(jiān)硬材料進(jìn)行微小孔的加工，孔的直徑一般為一般為0.011mm，最小孔徑可達(dá)，最小孔徑可達(dá)0001 mm，孔的深徑比可達(dá)孔的深徑比可達(dá)50100；也可加工異形孔。；也可加工異形孔。48(3) (3) 激光加工的應(yīng)用激光加工的應(yīng)用 激光加工的主要參數(shù)為激光的功率密度，激

42、光的波長和輸出的激光加工的主要參數(shù)為激光的功率密度，激光的波長和輸出的脈寬，激光照射在工件上的時(shí)間以及工件對(duì)能量的吸收等。脈寬，激光照射在工件上的時(shí)間以及工件對(duì)能量的吸收等。 激光表面熱處理激光表面熱處理 功率密度約為功率密度約為10 10 一一10 W10 Wc c，便可實(shí)現(xiàn)表面淬火。淬火層的，便可實(shí)現(xiàn)表面淬火。淬火層的深度一般為深度一般為0.7-1.1 mm0.7-1.1 mm，淬火層的硬度比常規(guī)淬火約高，淬火層的硬度比常規(guī)淬火約高 2020，產(chǎn)生的變形小，并能對(duì)低碳鋼的表面淬火強(qiáng)化。產(chǎn)生的變形小，并能對(duì)低碳鋼的表面淬火強(qiáng)化。 激光焊接激光焊接 功率密度為功率密度為10 10 一一10 W

43、10 W c c ，照射時(shí)間約為，照射時(shí)間約為1 1100 S100 S左右左右, ,即可進(jìn)行焊接，激光焊接過程迅速，熱影響區(qū)小，無需焊料和焊即可進(jìn)行焊接，激光焊接過程迅速，熱影響區(qū)小，無需焊料和焊劑劑, ,焊縫質(zhì)量高，既可以焊接同種材料，也可以焊接異種材料，焊縫質(zhì)量高，既可以焊接同種材料，也可以焊接異種材料，還可以透過玻璃進(jìn)行焊接。還可以透過玻璃進(jìn)行焊接。 激光切割激光切割 功率密度約為功率密度約為10 10 一一10 W10 W c c, , 可以切割金屬材料，非金屬材可以切割金屬材料，非金屬材料。它還能透過玻璃切割真空管內(nèi)的燈絲，這是任何機(jī)械加工所料。它還能透過玻璃切割真空管內(nèi)的燈絲，這

44、是任何機(jī)械加工所難以達(dá)到的。難以達(dá)到的。 激光打孔激光打孔 功率密度一般為功率密度一般為10 -10 c10 -10 c . .它主要應(yīng)用于在特殊零件或特殊它主要應(yīng)用于在特殊零件或特殊材料上加工孔。如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)的噴油嘴、化學(xué)纖維的噴材料上加工孔。如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)的噴油嘴、化學(xué)纖維的噴絲板、鐘表上的寶石軸承和聚晶金剛石拉絲模等零件上的微細(xì)孔絲板、鐘表上的寶石軸承和聚晶金剛石拉絲模等零件上的微細(xì)孔加工。激光打孔的效率很高。加工。激光打孔的效率很高。3557778549 當(dāng)電子束沖擊到工件時(shí)，當(dāng)電子束沖擊到工件時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)使受沖擊在極短的時(shí)間內(nèi)使受沖擊部位的溫度升高到幾千攝部位的溫

45、度升高到幾千攝氏度以上，足以使任何材氏度以上，足以使任何材料瞬間熔化、氣化。料瞬間熔化、氣化。從而從而達(dá)到材料去除加工的目的。達(dá)到材料去除加工的目的。由上述可知，電子束是利由上述可知，電子束是利用電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能用電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能對(duì)材料進(jìn)行加工的。對(duì)材料進(jìn)行加工的。 2、電子束加工的基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用電子束加工的基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用 圖是電子束加工原理的示意圖。在真空條件下，由電圖是電子束加工原理的示意圖。在真空條件下，由電子槍旁熱陰極發(fā)射的電子，在高電壓子槍旁熱陰極發(fā)射的電子，在高電壓(80-200kV)作用下被作用下被加速到很高的速度加速到很高的速度(1/2一一13光速光速)，然

46、后通過電子透鏡，然后通過電子透鏡聚焦形成高能量密度聚焦形成高能量密度(1000一一10000kWm)的電子束。的電子束。50 電子束加工具有如下特點(diǎn)電子束加工具有如下特點(diǎn)： （1 1）對(duì)任何材料都能進(jìn)行加工，與材料的強(qiáng)度無關(guān)對(duì)任何材料都能進(jìn)行加工，與材料的強(qiáng)度無關(guān)，能達(dá)到使材料氣化，都能用電子束進(jìn)行加工。能達(dá)到使材料氣化，都能用電子束進(jìn)行加工。 (2) (2)加工速度快，一般厚度為加工速度快，一般厚度為0.1-1 mm0.1-1 mm的工件的工件, ,打孔打孔時(shí)間為時(shí)間為10S10S至數(shù)秒；切割厚度為至數(shù)秒；切割厚度為1 mm1 mm的鋼板的鋼板, ,速度可達(dá)速度可達(dá)240mm240mmmin

47、min。 (3)(3)非接觸加工非接觸加工, ,不存在工具磨耗問題，對(duì)工件無機(jī)不存在工具磨耗問題，對(duì)工件無機(jī)械切削力作用械切削力作用, ,而且加工時(shí)間極短，所以工件無變形。而且加工時(shí)間極短，所以工件無變形。 (4)(4)電子束的束徑小電子束的束徑小, ,最小直徑可達(dá)最小直徑可達(dá)0.010.05mm0.010.05mm，電子束長度可達(dá)束徑的幾十倍電子束長度可達(dá)束徑的幾十倍, ,故能加工微細(xì)的深孔、故能加工微細(xì)的深孔、窄縫等。窄縫等。 (5)(5)加工點(diǎn)上化學(xué)純度高。加工點(diǎn)上化學(xué)純度高。 由于是在真空中加工，由于是在真空中加工，可防止氧化而產(chǎn)生雜質(zhì)，適合于加工，易氧化的金屬及可防止氧化而產(chǎn)生雜質(zhì)，

48、適合于加工，易氧化的金屬及合金材料，特別適于加工要求高純度的半導(dǎo)體材料。合金材料，特別適于加工要求高純度的半導(dǎo)體材料。 51 (6)可控制性能好：可控制性能好： 通過磁場或電場即可控制電子束通過磁場或電場即可控制電子束的強(qiáng)度，進(jìn)行聚焦和調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置，并可采用計(jì)算機(jī)進(jìn)的強(qiáng)度，進(jìn)行聚焦和調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置，并可采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。行控制。 電子束加工已實(shí)際應(yīng)用于不銹鋼、耐熱鋼、合金鋼、電子束加工已實(shí)際應(yīng)用于不銹鋼、耐熱鋼、合金鋼、陶瓷、玻璃和寶石等材料的打孔或切槽除了加工圓孔、陶瓷、玻璃和寶石等材料的打孔或切槽除了加工圓孔、通孔之外，還可以加工異形孔、錐孔、盲孔和窄縫等。通孔之外，還可以加工異形孔、錐孔

49、、盲孔和窄縫等。 電子束與氣體分子碰撞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生能量損失和散射，電子束與氣體分子碰撞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生能量損失和散射，所以電子束加工一般在高真空度的工作室內(nèi)進(jìn)行。并且所以電子束加工一般在高真空度的工作室內(nèi)進(jìn)行。并且由于使用高電壓，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的由于使用高電壓，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的x x射線，必須采取相應(yīng)射線，必須采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施。由此而限制了它的應(yīng)用，除特定的需的安全防護(hù)措施。由此而限制了它的應(yīng)用，除特定的需要，一般為激光加工所代替。要，一般為激光加工所代替。52 從電離室引出的離子流若不聚焦成束狀，從電離室引出的離子流若不聚焦成束狀，而是使它大體均勻地投射到大面積的工件而是使它大體均勻地投射到大面積的工

50、件表面上，同時(shí)采取掩膜等措施也可對(duì)工表面上，同時(shí)采取掩膜等措施也可對(duì)工件表面進(jìn)行微細(xì)的濺射去除加工。件表面進(jìn)行微細(xì)的濺射去除加工。 離子束濺射去除加工的機(jī)理不同于電離子束濺射去除加工的機(jī)理不同于電子束加工，它是一種無熱加工，離子與工子束加工，它是一種無熱加工，離子與工件材料原子之間的碰撞接近于彈性碰撞。件材料原子之間的碰撞接近于彈性碰撞。在碰撞過程中，離子所具有的能量傳遞給在碰撞過程中，離子所具有的能量傳遞給材料的原子、分子，其中一部分能量使工材料的原子、分子，其中一部分能量使工件材料產(chǎn)生濺射、拋出，其余能量轉(zhuǎn)變?yōu)榧牧袭a(chǎn)生濺射、拋出，其余能量轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧暇Ц竦恼駝?dòng)能。材料晶格的振動(dòng)能。 3、離

51、子束加工的基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用離子束加工的基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用圖為離子束加工原理示意圖。首先把氬圖為離子束加工原理示意圖。首先把氬(Ar)(Ar)、氪、氪(Kr)(Kr)、氙、氙(Xe)(Xe)等惰等惰性氣體注入低真空（約性氣體注入低真空（約1Pa)1Pa)的電離室中，用高頻放電、電弧放電、的電離室中，用高頻放電、電弧放電、等離子體放電或電子轟擊等方法使其電離成等離子體，接著用加速等離子體放電或電子轟擊等方法使其電離成等離子體，接著用加速電極將離子呈束狀拉出并使之加速。然后離子束進(jìn)入高真空電極將離子呈束狀拉出并使之加速。然后離子束進(jìn)入高真空( (約約10-10-4Pa4Pa）的加工室，并用靜電

52、透鏡聚成細(xì)束向工件表面沖擊，從工件）的加工室，并用靜電透鏡聚成細(xì)束向工件表面沖擊，從工件表面打出原子或分子，從而達(dá)到濺射去除加工的目的。表面打出原子或分子，從而達(dá)到濺射去除加工的目的。53 離子束加工具有如下特點(diǎn)離子束加工具有如下特點(diǎn)： 離子束光斑直徑可以聚焦到離子束光斑直徑可以聚焦到1m1m內(nèi)，離子束流密度內(nèi)，離子束流密度和離子的能量可以精確控制，并且可以通過離子光學(xué)系和離子的能量可以精確控制，并且可以通過離子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行掃描，因此能夠進(jìn)行微細(xì)加工，并能精密地控制統(tǒng)進(jìn)行掃描，因此能夠進(jìn)行微細(xì)加工，并能精密地控制加工效果。加工效果。 離子束加工是在真空中進(jìn)行的，污染少，特別適合離子束加工是在真

53、空中進(jìn)行的，污染少，特別適合于易氧化的金屬、合金和半導(dǎo)體材料的加工。于易氧化的金屬、合金和半導(dǎo)體材料的加工。 離子撞擊工件表面只產(chǎn)生微觀的作用力，宏觀上作離子撞擊工件表面只產(chǎn)生微觀的作用力，宏觀上作用力很小。因此加工應(yīng)力很小，工件不變形，適合于脆用力很小。因此加工應(yīng)力很小，工件不變形，適合于脆性，半導(dǎo)體和高分子材料的加工。性，半導(dǎo)體和高分子材料的加工。 離子束濺射去除加工，可以對(duì)材料實(shí)現(xiàn)納米級(jí)加工自離子束濺射去除加工，可以對(duì)材料實(shí)現(xiàn)納米級(jí)加工自至分子級(jí)、原子級(jí)加工，可以將材料的原子一層一層地至分子級(jí)、原子級(jí)加工，可以將材料的原子一層一層地去除，尺寸精度和表面粗糙度可以達(dá)到極限的程度。主去除，尺

54、寸精度和表面粗糙度可以達(dá)到極限的程度。主要用于精微的穿孔、蝕刻、切割、銑削、研磨和拋光。要用于精微的穿孔、蝕刻、切割、銑削、研磨和拋光。例如集成電路、聲表面器件、磁泡器件、超導(dǎo)器件、光例如集成電路、聲表面器件、磁泡器件、超導(dǎo)器件、光電器件、光集成器件等微電子器件的圖形蝕刻，石英晶電器件、光集成器件等微電子器件的圖形蝕刻，石英晶體振蕩器、壓電傳感器等的減薄，金剛石觸針的成形，體振蕩器、壓電傳感器等的減薄，金剛石觸針的成形，非球面透鏡的加工，等等。非球面透鏡的加工，等等。54 五、水射流切割技術(shù)五、水射流切割技術(shù) 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代，研發(fā)了利用水為工具的一種加工技術(shù)年代，研發(fā)了利用水為工

55、具的一種加工技術(shù)水水射流切割射流切割(WaterJet Cutting(WaterJet Cutting，WJC)WJC)。 1 1、水射流切割水射流切割是利用在高壓下，由噴嘴噴射出的高速水射是利用在高壓下，由噴嘴噴射出的高速水射流對(duì)材料進(jìn)行切割的技術(shù)。流對(duì)材料進(jìn)行切割的技術(shù)。 水射流切割技術(shù)由于單純利用水射流切割，切割力較小，適水射流切割技術(shù)由于單純利用水射流切割，切割力較小，適宜切割軟材料噴嘴壽命長。宜切割軟材料噴嘴壽命長。2 2、磨料水射流切割、磨料水射流切割利用帶有磨料的水射流對(duì)材料進(jìn)行切割的利用帶有磨料的水射流對(duì)材料進(jìn)行切割的技術(shù)。技術(shù)。 而磨料水射流切割由于混有磨料，切割力大，適宜

56、切割硬而磨料水射流切割由于混有磨料，切割力大，適宜切割硬材料，但噴嘴磨損快，壽命短。材料，但噴嘴磨損快，壽命短。 553、水射流切割原理 水射流切割是利用高速高壓的液流對(duì)工件的沖擊作用來去除水射流切割是利用高速高壓的液流對(duì)工件的沖擊作用來去除材料的。材料的。 使水獲得壓力能的方式有兩種：一種是直接采用高壓水泵供水，使水獲得壓力能的方式有兩種：一種是直接采用高壓水泵供水，壓力可達(dá)到壓力可達(dá)到3560MPa3560MPa；另一種是采用水泵和增壓器，可獲得；另一種是采用水泵和增壓器，可獲得100100一一1000 MPa1000 MPa的超高壓和的超高壓和0 05251 ml5251 mls s的較小流量。用于的較小流量。用于切割的水射流速度可達(dá)切割的