其他特種加工技術(shù)

其他特種加工技術(shù)第一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日7.1電化學(xué)加工技術(shù)

7.1.1電化學(xué)加工的原理與特點(diǎn)

1.電化學(xué)加工的原理 圖7-1所示為電化學(xué)加工的原理。兩片金屬銅(Cu)板浸在導(dǎo)電溶液，例如氯化銅(CuCl2)的水溶液中，此時(shí)水(H2O)離解為氫氧根負(fù)離子OH－和氫正離子H+，CuCl2離解為兩個(gè)氯負(fù)離子2Cl－和二價(jià)銅正離子Cu2+。當(dāng)兩個(gè)銅片接上直流電形成導(dǎo)電通路時(shí)，導(dǎo)線和溶液中均有電流流過(guò)，在金屬片(電極)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)。溶液中的離子將作定向移動(dòng)，Cu2+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。第二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 在陽(yáng)極表面Cu原子失掉電子而成為Cu2+正離子進(jìn)入溶液。溶液中正、負(fù)離子的定向移動(dòng)稱為電荷遷移。在陽(yáng)、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)。這種利用電化學(xué)反應(yīng)原理對(duì)金屬進(jìn)行加工(圖7-1中陽(yáng)極上為電解蝕除，陰極上為電鍍沉積，常用以提煉純銅)的方法即電化學(xué)加工。第三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-1電解(電鍍)液中的電化學(xué)反應(yīng)第四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2.電化學(xué)加工的分類(lèi) 電化學(xué)加工有三種不同的類(lèi)型。第Ⅰ類(lèi)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，主要有電解加工和電化學(xué)拋光等；第Ⅱ類(lèi)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，主要有電鍍、電鑄等；第Ⅲ類(lèi)是利用電化學(xué)加工與其他加工方法相結(jié)合的電化學(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)械加工(其中還含有電火花放電作用)。電化學(xué)加工的類(lèi)別如表7-1所示。本節(jié)主要介紹電解加工、電鑄成型、電解磨削，其它的電化學(xué)加工請(qǐng)參考相關(guān)資料。第五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日表7-1電化學(xué)加工分類(lèi)第六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

3.電化學(xué)加工的適用范圍 電化學(xué)加工的適用范圍，因電解和電鍍兩大類(lèi)工藝的不同而不同。 電解加工可以加工復(fù)雜成型模具和零件，例如汽車(chē)、拖拉機(jī)連桿等各種型腔鍛模，航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的扭曲葉片，汽輪機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的扭曲葉片，炮筒內(nèi)管的螺旋“膛線”(來(lái)復(fù)線)，齒輪、液壓件內(nèi)孔的電解去毛刺及擴(kuò)孔、拋光等。 電鍍、電鑄可以復(fù)制復(fù)雜、精細(xì)的表面。第七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

7.1.2電解加工

1．電解加工的原理及特點(diǎn)

1)基本原理 電解加工是利用金屬在電解液中的“電化學(xué)陽(yáng)極溶解”來(lái)將工件成型的。如圖7-2所示，在工件(陽(yáng)極)與工具(陰極)之間接上直流電源，使工具陰極與工件陽(yáng)極間保持較小的加工間隙(0.1～0.8mm)，間隙中通過(guò)高速流動(dòng)的電解液。這時(shí)，工件陽(yáng)極開(kāi)始溶解。開(kāi)始時(shí)，兩極之間的間隙大小不等，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，去除速度慢。第八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 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，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。圖7-2電解加工原理圖第九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2)特點(diǎn) 電解加工與其他加工方法相比較，它具有下列特點(diǎn): (1)能加工各種硬度和強(qiáng)度的材料。只要是金屬，不管其硬度和強(qiáng)度多大，都可加工。

(2)生產(chǎn)率高，約為電火花加工的5～10倍，在某些情況下，比切削加工的生產(chǎn)率還高，且加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。

(3)表面質(zhì)量好，電解加工不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變質(zhì)層，又沒(méi)有飛邊、刀痕和毛刺。在正常情況下，表面粗糙度Ra可達(dá)0.2～1.25μm。第十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

(4)陰極工具在理論上不損耗，基本上可長(zhǎng)期使用。 電解加工當(dāng)前存在的主要問(wèn)題是加工精度難以嚴(yán)格控制，尺寸精度一般只能達(dá)到0.15～0.30mm。此外，電解液對(duì)設(shè)備有腐蝕作用，電解液的處理也較困難。

2.電解加工設(shè)備 電解加工的基本設(shè)備包括直流電源、機(jī)床及電解液系統(tǒng)三大部分。

1)直流電源 電解加工常用的直流電源為硅整流電源和晶閘管整流電源，其主要特點(diǎn)及應(yīng)用見(jiàn)表7-2。第十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日表7-2直流電源的特點(diǎn)及應(yīng)用第十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2)機(jī)床 電解加工機(jī)床的任務(wù)是安裝夾具、工件和陰極工具，并實(shí)現(xiàn)其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，傳送電和電解液。電解加工過(guò)程中雖沒(méi)有機(jī)械切削力，但電解液對(duì)機(jī)床主軸和工作臺(tái)的作用力是很大的，因此要求機(jī)床要有足夠的剛性；要保證進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如果進(jìn)給速度不穩(wěn)定，陰極相對(duì)工件的各個(gè)截面的電解時(shí)間就不同，影響加工精度；電解加工機(jī)床經(jīng)常與具有腐蝕性的工作液接觸，因此機(jī)床要有好的防腐措施和安全措施。第十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

3)電解液系統(tǒng) 在電解加工過(guò)程中，電解液不僅作為導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流，而且在電場(chǎng)的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使陽(yáng)極溶解能順利而有效地進(jìn)行，這一點(diǎn)與電火花加工的工作液的作用是不同的。同時(shí)電解液也擔(dān)負(fù)著及時(shí)把加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物和熱量帶走的任務(wù)，起到更新和冷卻的作用。 電解液可分為中性鹽溶液、酸性鹽溶液和堿性鹽溶液三大類(lèi)。其中中性鹽溶液的腐蝕性較小，使用時(shí)較為安全，故應(yīng)用最廣。常用的電解液有NaCl、NaNO3、NaClO3三種。

第十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

NaCl電解液價(jià)廉易得，對(duì)大多數(shù)金屬而言，其電流效率均很高，加工過(guò)程中損耗小并可在低濃度下使用，應(yīng)用很廣。其缺點(diǎn)是電解能力強(qiáng)，散腐蝕能力強(qiáng)，使得離陰極工具較遠(yuǎn)的工件表面也被電解，成型精度難于控制，復(fù)制精度差；對(duì)機(jī)床設(shè)備腐蝕性大，故適用于加工速度快而精度要求不高的工件加工。

NaNO3電解液在濃度低于30%時(shí)，對(duì)設(shè)備、機(jī)床腐蝕性很小，使用安全。但生產(chǎn)效率低，需較大電源功率，故適用于成型精度要求較高的工件加工。

NaClO3電解液的散蝕能力小，故加工精度高，對(duì)機(jī)床、設(shè)備等的腐蝕很小，廣泛地應(yīng)用于高精度零件的成型加工。然而，NaClO3是一種強(qiáng)氧化劑，雖不自燃，但遇熱分解的氧氣能助燃，因此使用時(shí)要注意防火安全。第十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

3.電解加工應(yīng)用 日前，電解加工主要應(yīng)用在深孔加工、葉片(型面)加工、鍛模(型腔)加工、管件內(nèi)孔拋光、各種型孔的倒圓和去毛刺、整體葉輪的加工等方面。 圖7-3是用電解加工整體葉輪，葉輪上的葉片是采用套料法逐個(gè)加工的。加工完一個(gè)葉片，退出陰極，經(jīng)分度后再加工下一個(gè)葉片。第十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-3電解加工整體葉輪第十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

7.1.3電鑄成型

1．電鑄成型原理及特點(diǎn)

1)成型原理 與大家熟知的電鍍?cè)硐嗨疲婅T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，即在原模上通過(guò)電化學(xué)方法沉積金屬，然后分離以制造或復(fù)制金屬制品。但電鑄與電鍍又有不同之處，電鍍時(shí)要求得到與基體結(jié)合牢固的金屬鍍層，以達(dá)到防護(hù)、裝飾等目的。而電鑄則要電鑄層與原模分離，其厚度也遠(yuǎn)大于電鍍層。第十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 電鑄原理如圖7-4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。第十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-4電鑄成型的原理第二十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2)特點(diǎn)

(1)復(fù)制精度高，可以做出機(jī)械加工不可能加工出的細(xì)微形狀(如微細(xì)花紋、復(fù)雜形狀等)，表面粗糙度Ra可達(dá)0.1μm，一般不需拋光即可使用。

(2)母模材料不限于金屬，有時(shí)還可用制品零件直接作為母模。

(3)表面硬度可達(dá)35～50HRC，所以電鑄型腔使用壽命長(zhǎng)。

(4)電鑄可獲得高純度的金屬制品，如電鑄銅，它純度高，具有良好的導(dǎo)電性能，十分有利于電加工。第二十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

(5)電鑄時(shí)，金屬沉積速度緩慢，制造周期長(zhǎng)。如電鑄鎳，一般需要一周左右。

(6)電鑄層厚度不易均勻，且厚度較薄，僅為4～8mm左右。電鑄層一般都具有較大的應(yīng)力，所以大型電鑄件變形顯著，且不易承受大的沖擊載荷。這樣，就使電鑄成型的應(yīng)用受到一定的限制。

2．電鑄設(shè)備 鑄設(shè)備(如圖7-4所示)主要包括電鑄槽、直流電源、攪拌和循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)等。第二十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

1)電鑄槽 電鑄槽材料的選取以不與電解液作用引起腐蝕為原則。一般用鋼板焊接，內(nèi)襯鉛板或聚氯乙烯薄板等。

2)直流電源 電鑄采用低電壓大電流的直流電源。常用硅整流，電壓為6～12V左右，并可調(diào)。

3)攪拌和循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng) 為了降低電鑄液的濃差極化，加大電流密度，減少加工時(shí)間，提高生產(chǎn)速度，最好在陰極運(yùn)動(dòng)的同時(shí)加速溶液的攪拌。攪拌的方法有循環(huán)過(guò)濾法、超聲波或機(jī)械攪拌等。循環(huán)過(guò)濾法不僅可以使溶液攪拌，而且在溶液不斷反復(fù)流動(dòng)時(shí)進(jìn)行過(guò)濾。第二十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

4)恒溫控制系統(tǒng) 電鑄時(shí)間很長(zhǎng)，所以必須設(shè)置恒溫控制設(shè)備。它包括加熱設(shè)備(加熱玻璃管、電爐等)和冷卻設(shè)備(冷水或冷凍機(jī)等)。

3．電鑄的應(yīng)用 電鑄具有極高的復(fù)制精度和良好的機(jī)械性能，已在航空、儀器儀表、精密機(jī)械、模具制造等方面發(fā)揮日益重要的作用。 圖7-5為刻度盤(pán)模具型腔電鑄過(guò)程。其中圖(a)為電鑄過(guò)程中的陰極母模簡(jiǎn)圖，圖(b)為母模進(jìn)行引導(dǎo)線及包扎絕緣處理圖，圖(c)為電鑄，圖(d)為電鑄產(chǎn)品后處理圖。第二十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-5刻度盤(pán)模具型腔電鑄過(guò)程第二十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

7.1.4電解磨削

1．加工原理及特點(diǎn)

1)加工原理 電解磨削是電解加工的—種特殊形式，是電解與機(jī)械的復(fù)合加工方法。它是靠金屬的溶解(占95%～98%)和機(jī)械磨削(占2%～5%)的綜合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)加工的。 加工原理如圖7-6所示。加工過(guò)程中，磨輪(砂輪)不斷旋轉(zhuǎn)，磨輪上凸出的砂粒與工件接觸，形成磨輪與工件間的電解間隙。電解液不斷供給，磨輪在旋轉(zhuǎn)中，將工件表面由電化學(xué)反應(yīng)生成的鈍化膜除去，繼續(xù)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，如此反復(fù)不斷，直到加工完畢。第二十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 電解磨削的陽(yáng)極溶解機(jī)理與普通電解加工的陽(yáng)極溶解機(jī)理是相同的。不同之處在于：電解磨削中，陽(yáng)極鈍化膜的去除是靠磨輪的機(jī)械加工去除的，電解液腐蝕力較弱；而一般電解加工中的陽(yáng)極鈍化膜的去除，是靠高電流密度去破壞(不斷溶解)或靠活性離子(如氯離子)進(jìn)行活化，再由高速流動(dòng)的電解液沖刷帶走的。第二十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-6電解磨削加工原理圖第二十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2)特點(diǎn)

(1)磨削力小，生產(chǎn)率高。這是由于電解磨削具有電解加工和機(jī)械磨削加工的優(yōu)點(diǎn)。

(2)加工精度高，表面加工質(zhì)量好。因?yàn)殡娊饽ハ骷庸ぶ?，一方面工件尺寸或形狀是靠磨輪刮除鈍化膜得到的，故能獲得比電解加工好的加工精度；另一方面，材料的去除主要靠電解加工，加工中產(chǎn)生的磨削力較小，不會(huì)產(chǎn)生磨削毛刺、裂紋等現(xiàn)象，故加工工件的表面質(zhì)量好。

(3)設(shè)備投資較高。其原因是電解磨削機(jī)床需加電解液過(guò)濾裝置、抽風(fēng)裝置、防腐處理設(shè)備等。第二十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2．電解磨削的應(yīng)用 電解磨削廣泛應(yīng)用于平面磨削、成型磨削和內(nèi)外圓磨削。圖7-7(a)、(b)分別為立軸矩臺(tái)平面磨削、臥軸矩臺(tái)平面磨削的示意圖。圖7-8為電解成型磨削示意圖，其磨削原理是將導(dǎo)電磨輪的外圓圓周按需要的形狀進(jìn)行預(yù)先成型，然后進(jìn)行電解磨削。第三十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-7平面磨削示意圖第三十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-8電解成型磨削原理圖第三十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日7.2激光加工技術(shù)

1.激光加工的原理與特點(diǎn)

1)激光加工的原理 激光是一種強(qiáng)度高、方向性好、單色性好的相干光。由于激光的發(fā)散角小和單色性好，理論上可以聚焦到尺寸與光的波長(zhǎng)相近的(微米甚至亞微米)小斑點(diǎn)上，加上它本身強(qiáng)度高，故可以使其焦點(diǎn)處的功率密度達(dá)到107～1011W/cm2，溫度可達(dá)10000℃以上。在這樣的高溫下，任何材料都將瞬時(shí)急劇熔化和汽化，并爆炸性地高速噴射出來(lái)，同時(shí)產(chǎn)生方向性很強(qiáng)的沖擊。因此，激光加工(如圖7-9所示)是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融和受沖擊波拋出的綜合過(guò)程。第三十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-9激光加工示意圖第三十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2)激光加工的特點(diǎn) 激光加工的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

(1)幾乎對(duì)所有的金屬和非金屬材料都可以進(jìn)行激光加工。

(2)激光能聚焦成極小的光斑，可進(jìn)行微細(xì)和精密加工，如微細(xì)窄縫和微型孔的加工。

(3)可用反射鏡將激光束送往遠(yuǎn)離激光器的隔離室或其它地點(diǎn)進(jìn)行加工。

(4)加工時(shí)不需用刀具，屬于非接觸加工，無(wú)機(jī)械加工變形。

(5)無(wú)需加工工具和特殊環(huán)境，便于自動(dòng)控制連續(xù)加工，加工效率高，加工變形和熱變形小。第三十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2.激光加工基本設(shè)備及其組成部分 激光加工的基本設(shè)備由激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)和加工機(jī)(激光加工系統(tǒng))三部分組成。

1)激光器 激光器是激光加工的重要設(shè)備，它的任務(wù)是把電能轉(zhuǎn)變成光能，產(chǎn)生所需要的激光束。按工作物質(zhì)的種類(lèi)可分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器四大類(lèi)。由于He-Ne(氦—氖)氣體激光器所產(chǎn)生的激光不僅容易控制，而且方向性、單色性及相干性都比較好，因而在機(jī)械制造的精密測(cè)量中被廣泛采用。而在激光加工中則要求輸出功率與能量大，目前多采用二氧化碳?xì)怏w激光器及紅寶石、釹玻璃、YAG(摻釹釔鋁石榴石)等固體激光器。第三十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2)導(dǎo)光聚焦系統(tǒng) 根據(jù)被加工工件的性能要求，光束經(jīng)放大、整形、聚焦后作用于加工部位，這種從激光器輸出窗口到被加工工件之間的裝置稱為導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)。

3)激光加工系統(tǒng) 激光加工系統(tǒng)主要包括床身、能夠在三維坐標(biāo)范圍內(nèi)移動(dòng)的工作臺(tái)及機(jī)電控制系統(tǒng)等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，許多激光加工系統(tǒng)已采用計(jì)算機(jī)來(lái)控制工作臺(tái)的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光加工的連續(xù)工作。第三十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

3.激光加工的應(yīng)用

1)激光打孔 隨著近代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，硬度大、熔點(diǎn)高的材料應(yīng)用越來(lái)越多，并且常常要求在這些材料上打出又小又深的孔，例如，鐘表或儀表的寶石軸承，鉆石拉絲模具，化學(xué)纖維的噴絲頭以及火箭或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料噴嘴等。這類(lèi)加工任務(wù)，用常規(guī)的機(jī)械加工方法很困難，有的甚至是不可能的，而用激光打孔，則能比較好地完成任務(wù)。

第三十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 激光打孔中，要詳細(xì)了解打孔的材料及打孔要求。從理論上講，激光可以在任何材料的不同位置，打出淺至幾微米，深至二十幾毫米以上的小孔，但具體到某一臺(tái)打孔機(jī)，它的打孔范圍是有限的。所以，在打孔之前，最好要對(duì)現(xiàn)有的激光器的打孔范圍進(jìn)行充分的了解，以確定能否打孔。 激光打孔的質(zhì)量主要與激光器輸出功率和照射時(shí)間、焦距與發(fā)散角、焦點(diǎn)位置、光斑內(nèi)能量分布、照射次數(shù)及工件材料等因素有關(guān)。在實(shí)際加工中應(yīng)合理選擇這些工藝參數(shù)。第三十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2)激光切割 激光切割(如圖7-10所示)的原理與激光打孔相似，但工件與激光束要相對(duì)移動(dòng)。在實(shí)際加工中，采用工作臺(tái)數(shù)控技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)激光數(shù)控切割。 激光切割大多采用大功率的CO2激光器，對(duì)于精細(xì)切割，也可采用YAG激光器。 激光可以切割金屬，也可以切割非金屬。在激光切割過(guò)程中，由于激光對(duì)被切割材料不產(chǎn)生機(jī)械沖擊和壓力，再加上激光切割切縫小，便于自動(dòng)控制，故在實(shí)際中常用來(lái)加工玻璃、陶瓷、各種精密細(xì)小的零部件。

第四十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-10CO2氣體激光器切割鈦合金示意圖第四十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 激光切割過(guò)程中，影響激光切割參數(shù)的主要因素有激光功率、吹氣壓力、材料厚度等。

3)激光打標(biāo) 激光打標(biāo)是指利用高能量的激光束照射在工件表面，光能瞬時(shí)變成熱能，使工件表面迅速產(chǎn)生蒸發(fā)，從而在工件表面刻出任意所需要的文字和圖形，以作為永久防偽標(biāo)志(如圖7-11所示)。第四十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-11振鏡式激光打標(biāo)原理第四十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 激光打標(biāo)的特點(diǎn)是非接觸加工，可在任何異型表面標(biāo)刻，工件不會(huì)變形和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，適于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等各種材料；標(biāo)記清晰、永久、美觀，并能有效防偽；標(biāo)刻速度快，運(yùn)行成本低，無(wú)污染，可顯著提高被標(biāo)刻產(chǎn)品的檔次。 激光打標(biāo)廣泛應(yīng)用于電子元器件、汽(摩托)車(chē)配件、醫(yī)療器械、通訊器材、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、鐘表等產(chǎn)品和煙酒食品防偽等行業(yè)。第四十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

4)激光焊接 當(dāng)激光的功率密度為105～107W/cm2，照射時(shí)間約為1/100s左右時(shí)，可進(jìn)行激光焊接。激光焊接一般無(wú)需焊料和焊劑，只需將工件的加工區(qū)域“熱熔”在一起即可，如圖7-12所示。

激光焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊接質(zhì)量高，既可焊接同種材料，也可焊接異種材料，還可透過(guò)玻璃進(jìn)行焊接。第四十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-12激光焊接過(guò)程示意圖第四十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-13激光表面強(qiáng)化處理應(yīng)用實(shí)例第四十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

5)激光表面處理 當(dāng)激光的功率密度約為103～105W/cm2時(shí)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄鐵、中碳鋼，甚至低碳鋼等材料進(jìn)行激光表面淬火。淬火層深度一般為0.7～1.1mm，淬火層硬度比常規(guī)淬火約高20%。激光淬火變形小，還能解決低碳鋼的表面淬火強(qiáng)化問(wèn)題。圖7-13為激光表面淬火處理應(yīng)用實(shí)例。第四十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日7.3超聲波加工技術(shù)

1．超聲波加工的原理與特點(diǎn)

1)加工原理 超聲波加工是利用振動(dòng)頻率超過(guò)16000Hz的工具頭，通過(guò)懸浮液磨料對(duì)工件進(jìn)行成型加工的一種方法，其加工原理如圖7-14所示。第四十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-14超聲波加工原理圖第五十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 當(dāng)工具以16000Hz以上的振動(dòng)頻率作用于懸浮液磨料時(shí)，磨料便以極高的速度強(qiáng)力沖擊加工表面；同時(shí)由于懸浮液磨料的攪動(dòng)，使磨粒以高速度拋磨工件表面；此外，磨料液受工具端面的超聲振動(dòng)而產(chǎn)生交變的沖擊波和“空化現(xiàn)象”。所謂空化現(xiàn)象，是指當(dāng)工具端面以很大的加速度離開(kāi)工件表面時(shí)，加工間隙內(nèi)形成負(fù)壓和局部真空，在磨料液內(nèi)形成很多微空腔；當(dāng)工具端面以很大的加速度接近工件表面時(shí)，空泡閉合，引起極強(qiáng)的液壓沖擊波，從而使脆性材料產(chǎn)生局部疲勞，引起顯微裂紋。第五十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 這些因素使工件的加工部位材料粉碎破壞，隨著加工的不斷進(jìn)行，工具的形狀就逐漸“復(fù)制”在工件上。由此可見(jiàn)，超聲波加工是磨粒的機(jī)械撞擊和拋磨作用以及超聲波空化作用的綜合結(jié)果，磨粒的撞擊作用是主要的。因此，材料愈硬脆，愈易遭受撞擊破壞，愈易進(jìn)行超聲波加工。

2)特點(diǎn) 超聲波加工的主要特點(diǎn)如下：

(1)適合于加工各種硬脆材料，特別是某些不導(dǎo)電的非金屬材料，例玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等。也可以加工淬火鋼和硬質(zhì)合金等材料，但效率相對(duì)較低。

(2)由于工具材料硬度很高，故易于制造形狀復(fù)雜的型孔。第五十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

(3)加工時(shí)宏觀切削力很小，不會(huì)引起變形、燒傷。表面粗糙度Ra值很小，可達(dá)0.2μm，加工精度可達(dá)0.05～0.02mm，而且可以加工薄壁、窄縫、低剛度的零件。

(4)加工機(jī)床結(jié)構(gòu)和工具均較簡(jiǎn)單，操作維修方便。

(5)生產(chǎn)率較低。這是超聲波加工的一大缺點(diǎn)。第五十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2.超聲波加工設(shè)備 超聲波加工裝置如圖7-15所示。盡管不同功率大小、不同公司生產(chǎn)的超聲波加工設(shè)備在結(jié)構(gòu)形式上各不相同，但一般都由高頻發(fā)生器、超聲振動(dòng)系統(tǒng)(聲學(xué)部件)、機(jī)床本體和磨料工作液循環(huán)系統(tǒng)等部分組成。第五十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-15超聲波加工裝置第五十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

1)高頻發(fā)生器 高頻發(fā)生器即超聲波發(fā)生器，其作用是將低頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，以供給工具往復(fù)運(yùn)動(dòng)和加工工件的能量。

2)聲學(xué)部件 聲學(xué)部件的作用是將高頻電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，并以波的形式傳遞到工具端面。聲學(xué)部件主要由換能器、振幅擴(kuò)大棒及工具組成。換能器的作用是把超聲頻電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)；振幅擴(kuò)大棒又稱變幅桿，其作用是將振幅放大。第五十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 由于換能器材料伸縮變形量很小，在共振情況下也超不過(guò)0.005～0.01mm，而超聲波加工卻需要0.01～0.1mm的振幅，因此必須用上粗下細(xì)(按指數(shù)曲線設(shè)計(jì))的變幅桿放大振幅。變幅桿應(yīng)用的原理是：因?yàn)橥ㄟ^(guò)變幅桿的每一截面的振動(dòng)能量是不變的，所以隨著截面積的減小，振幅就會(huì)增大。 變幅桿的常見(jiàn)形式如圖7-16所示，加工中工具頭與變幅桿相連，其作用是將放大后的機(jī)械振動(dòng)作用于懸浮液磨料對(duì)工件進(jìn)行沖擊。工具材料應(yīng)選用硬度和脆性不很大的韌性材料，如45#鋼，這樣可以減少工具的相對(duì)磨損。工具的尺寸和形狀取決于被加工表面，它們相差一個(gè)加工間隙值(略大于磨料直徑)。第五十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-16幾種形式的變幅桿第五十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

3)機(jī)床本體和磨料工作液循環(huán)系統(tǒng) 超聲波加工機(jī)床的本體一般很簡(jiǎn)單，包括支撐聲學(xué)部件的機(jī)架、工作臺(tái)面以及使工具以一定壓力作用在工件上的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等；磨料工作液是磨料和工作液的混合物。常用的磨料有碳化硼、碳化硅、氧化硒或氧化鋁等；常用的工作液是水，有時(shí)用煤油或機(jī)油。磨料的粒度大小取決于加工精度、表面粗糙度及生產(chǎn)率的要求。

第五十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

3．超聲波加工的應(yīng)用 超聲波加工的生產(chǎn)率雖然比電火花、電解加工等低，但其加工精度和表面粗糙度都比它們好，而且能加工半導(dǎo)體、非導(dǎo)體的脆硬材料，如玻璃、石英、寶石、鍺、硅甚至金剛石等。在實(shí)際生產(chǎn)中，超聲波廣泛應(yīng)用于型(腔)孔加工(如圖7-17所示)、切割加工(如圖7-18所示)、清洗(如圖7-19所示)等方面。第六十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-17超聲波加工的型孔、腔孔類(lèi)型第六十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-18超聲波切割加工第六十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-19超聲波清洗裝置第六十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日7.4其他常用特種加工技術(shù)

7.4.1電子束加工

1.加工原理

電子束加工是利用高速電子的沖擊動(dòng)能來(lái)加工工件的，如圖7-20所示。在真空條件下，將具有很高速度和能量的電子束聚焦到被加工材料上，電子的動(dòng)能絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使材料局部瞬時(shí)熔融、汽化蒸發(fā)而去除。第六十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7-20電子束加工原理第六十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 控制電子束能量密度的大小和能量注入時(shí)間，就可以達(dá)到不同的加工目的。如只使材料局部加熱就可進(jìn)行電子束熱處理；使材料局部熔化就可以進(jìn)行電子束焊接；提高電子束能量密度，使材料熔化和汽化，就可進(jìn)行打孔、切割等加工；利用較低能量密度的電子束轟擊高分子材料時(shí)產(chǎn)生化學(xué)變化的原理，即可進(jìn)行電子束光刻加工。第六十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日

2．特點(diǎn)與應(yīng)用 電子束加工的特點(diǎn)如下：

(1)電子束能夠極其微細(xì)地聚焦(可達(dá)l～0.1μm)，故可進(jìn)行微細(xì)加工。

(2)加工材料的范圍廣。由于電子束能量密度高，可使任何材料瞬時(shí)熔化、汽化且機(jī)械力的作用極小，不易產(chǎn)生變形和應(yīng)力，故能加工各種力學(xué)性能的導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。

(3)加工在真空中進(jìn)行，污染少，加工表面不易被氧化。

(4)電子束加工需要整套的專(zhuān)用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格較貴，故在生產(chǎn)中受到一定程度的限制。第六十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日 由于上述特點(diǎn)，電子束加工常應(yīng)用于加工微細(xì)小孔、異型孔(如圖7-21所示)及特殊曲面。圖7-22所示為電子束加工彎曲的型面。其原理為：電子束在磁場(chǎng)中受力，在工件內(nèi)部彎曲，工件同時(shí)移動(dòng)，即可加工曲面Ⅰ；隨