第九章其它特種加工

第八章其他特種加工特種加工

其他特種加工技術(shù)1．化學(xué)加工（CHM）2．等離子加工(PAM)3.擠壓珩磨(AFM)4.水射流切割(WJC)5.磁性磨料研磨加工和磁性磨料電解研磨加工(MAM)6.鋁合金微弧氧化表面陶瓷化處理技術(shù)

其他特種加工技術(shù)的典型方法1．化學(xué)加工化學(xué)銑切工，ChemicalMacining,簡(jiǎn)稱CHM光化學(xué)腐蝕加工，OpticalChemicalMachining,簡(jiǎn)稱OCM其他特種加工技術(shù)的典型方法2．等離子體加工PlasmaArcMachining,簡(jiǎn)稱PAM，也稱為等離子弧加工1—切縫；2—噴嘴；3—保護(hù)罩；4—冷卻水；5—鎢電極；6—工質(zhì)氣體；7—等離子體電?。?—保護(hù)氣體屏；9—工件其他特種加工技術(shù)的典型方法3．?dāng)D壓珩磨AbrasiveFlowMachining，簡(jiǎn)稱AFM其他特種加工技術(shù)的典型方法4.水射流切割WaterJetCuting，簡(jiǎn)稱WJC,也稱為液體噴射加工，LiquidJetMachining，簡(jiǎn)稱LJM其他特種加工技術(shù)的典型方法5.磁性磨料研磨加工和磁性磨料電解研磨加工MagneticAbrasiveMachining，簡(jiǎn)稱MAM，又稱磁力研磨或磁磨料加工MagneticAbrasiveElectrochemicalMachining,簡(jiǎn)稱MAECM其他特種加工技術(shù)的典型方法6.鋁合金微弧氧化表面陶瓷處理技術(shù)WaterJetCuting，簡(jiǎn)稱WJC,也稱為液體噴射加工，LiquidJetMachining，簡(jiǎn)稱LJM

第一節(jié)

化學(xué)加工化學(xué)加工的應(yīng)用較早，14世紀(jì)末已利用化學(xué)腐蝕的方法，來(lái)蝕刻武士的鎧甲和刀、劍等兵器表面的花紋和標(biāo)記。19世紀(jì)20年代，法國(guó)的涅普斯利用精制瀝青的感光性能，發(fā)明了日光膠板蝕刻法。不久又出現(xiàn)了照相制版法，促進(jìn)了印刷工業(yè)和光化學(xué)加工的發(fā)展。

到了20世紀(jì)，化學(xué)加工的應(yīng)用范圍顯著擴(kuò)大。第二次世界大戰(zhàn)期間，人們開(kāi)始用光化學(xué)加工方法制造印刷電路。50年代初，美國(guó)采用化學(xué)銑削方法來(lái)減輕飛機(jī)構(gòu)件的重量。50年代末，光化學(xué)加工開(kāi)始廣泛用于精密、復(fù)雜薄片零件的制造。60年代，光刻已大量用于半導(dǎo)體器件和集成電路的生產(chǎn)。化學(xué)加工1化學(xué)銑切加工2光化學(xué)腐蝕加工3化學(xué)拋光4化學(xué)鍍膜化學(xué)銑切加工1.化學(xué)銑切加工1.1化學(xué)銑切加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍化學(xué)銑切(chemicalmilling)，實(shí)質(zhì)上是較大面積和較深尺寸的化學(xué)蝕刻(chemicaletching)，它的原理如圖所示。先把工件非加工表面用耐腐蝕性涂層保護(hù)起來(lái)，需要加工的表面露出來(lái)，浸入到化學(xué)溶液中進(jìn)行腐蝕，使金屬按特定的部位溶解去除，達(dá)到加工目的。1—工件材料；2—化學(xué)溶液；3—化學(xué)腐蝕部分；4—保護(hù)層；5—溶液箱；6—工作臺(tái)金屬的溶解作用，不僅在垂直于工件表面的深度方向進(jìn)行，而且在保護(hù)層下面的側(cè)向也進(jìn)行溶解，并呈圓弧狀，如圖

中的H和R。金屬的溶解速度與工件材料的種類及溶液成分有關(guān)。化學(xué)銑切加工1.1.1化學(xué)銑切的優(yōu)點(diǎn)可加工任何難切削的金屬材料，而不受任何硬度和強(qiáng)度的限制，如鋁合金、鉬合金、鈦合金、鎂合金、不銹鋼等。適于大面積加工，可同時(shí)加工多件。加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力、裂紋、毛刺等缺陷，表面粗糙度Ra可達(dá)2.5~1.25μm。加工操作技術(shù)比較簡(jiǎn)單?；瘜W(xué)銑切加工1.1.2化學(xué)銑切的缺點(diǎn)不適宜加工窄而深的槽和型孔等。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，故需有適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)性措施?；瘜W(xué)銑切加工1.1.3化學(xué)銑切的應(yīng)用范圍主要用于較大工件的金屬表面厚度減薄加工。銑切厚度一般小于13mm。如在航空和航天工業(yè)中常用于局部減小結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，對(duì)大面積或不利于機(jī)械加工的薄壁形整體壁板的工件適宜。用于在厚度小于1.5mm薄壁零件上加工復(fù)雜的形孔。化學(xué)銑切加工1.2.化學(xué)銑切工藝過(guò)程化學(xué)銑切的主要過(guò)程如圖所示，其中主要的工序是涂保護(hù)層、刻形和化學(xué)腐蝕。1)涂覆在涂保護(hù)層之前，必須把工件表面的油污、氧化膜等清除干凈，再在相應(yīng)的腐蝕液中進(jìn)行預(yù)腐蝕。在某些情況下還要先進(jìn)行噴砂處理，使表面形成一定的粗糙度，以保證涂層與金屬表面黏結(jié)牢固?；瘜W(xué)銑切加工保護(hù)層必須具有良好的耐酸、堿性能，并在化學(xué)蝕刻過(guò)程中黏結(jié)力不能下降。常用的保護(hù)層有氯丁橡膠、丁基橡膠、丁苯橡膠等耐蝕涂料。涂覆的方法有刷涂、噴涂、浸涂等。涂層要求均勻，不允許有雜質(zhì)和氣泡。涂層厚度一般控制在0.2mm左右。涂后需經(jīng)一定時(shí)間并在適當(dāng)溫度下加以固化?；瘜W(xué)銑切加工2)刻形或劃線刻形是根據(jù)樣板的形狀和尺寸，把待加工表面的涂層去掉，以便進(jìn)行腐蝕加工?？绦蔚姆椒ㄒ话悴捎檬中g(shù)刀沿樣板輪廓切開(kāi)保護(hù)層，再把不要的部分剝掉?？绦纬叽珀P(guān)系示意圖如圖所示。1—工件材料；2—保護(hù)層；3—刻形樣板；4—刻形刀；5—應(yīng)切除的保護(hù)層；6—蝕除部分化學(xué)銑切加工實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)蝕刻深度達(dá)到某值時(shí)，其尺寸關(guān)系可用下式表示：K=2H/21(W?W)=H/BH=KB式中，K為腐蝕系數(shù)，根據(jù)溶液成分、濃度、工件材料等因素，由實(shí)驗(yàn)確定；H為腐蝕深度；B為側(cè)面腐蝕寬度；W1為刻形尺寸；W2為最終腐蝕尺寸?？绦螛影宥嗖捎?mm左右的硬鋁板制作?；瘜W(xué)銑切加工3)腐蝕化學(xué)蝕刻的溶液隨加工材料而異，其配方見(jiàn)表加工材料溶液的組成加工溫度/℃腐蝕速度/mm·min-1鋁、鋁合金NaOH150~300g/L(Al：5～50g/L)①70~900.02~0.05FeCl3120~180g/L500.025銅、銅合金FeCl3300~400g/L500.025(NH4)2S2O3200g/L400.013~0.025CuCl2200g/L550.013~0.025鎳、鎳合金HNO348%+H2SO45.5%+H3PO411%+CH3COOH5.5%②45~500.025FeCl334~38g/L500.013~0.025化學(xué)銑切加工加工材料溶液的組成加工溫度/℃腐蝕速度/mm·min-1不銹鋼HNO33N+HCl2N+HF4N+C2H4O20.38N(Fe：0~60g/L)①30~700.03FeCl335~38g/L550.02碳鋼、合金鋼HNO320%+H2SO45%+H3PO45%②55~700.018~0.025FeCl335~38g/L500.025HNO310%~35%(體積)500.025鈦、鈦合金HF10%~50%(體積)30~500.013~0.025HF3N+HNO32N+HCl0.5N(Ti：5~31g/L)①20~500.001注：①為溶液中金屬離子的允許含量，即質(zhì)量分?jǐn)?shù)。②百分?jǐn)?shù)均為體積比。表中所列腐蝕速度，只是在一定條件下的平均值，實(shí)際上腐蝕速度受溶液濃度和金相組織等因素的影響。光化學(xué)腐蝕加工2光化學(xué)腐蝕加工光化學(xué)腐蝕加工簡(jiǎn)稱光化學(xué)加工(OpticalChemicalMachining，OCM)是光學(xué)照相制版和光刻(化學(xué)腐蝕)相結(jié)合的一種精密微細(xì)加工技術(shù)。它與化學(xué)蝕刻(化學(xué)銑削)的主要區(qū)別是不靠樣板人工刻形、劃線，而是用照相感光來(lái)確定工件表面要蝕除的圖形、線條，因此可以加工出非常精細(xì)的文字圖案，目前已在工藝美術(shù)、機(jī)制工業(yè)和電子工業(yè)中獲得應(yīng)用。2.1.照相制版的原理和工藝2.1.1照相制版的原理照相制版是把所需圖像攝影到照相底片上，并經(jīng)過(guò)光化學(xué)反應(yīng)，將圖像復(fù)制到涂有感光膠的銅板或鋅板上，再經(jīng)過(guò)堅(jiān)膜固化處理，使感光膠具有一定的抗蝕能力，最后經(jīng)過(guò)化學(xué)腐蝕，即可獲得所需圖形的金屬板照相制版不僅是印刷工業(yè)的關(guān)鍵工藝，而且還可以加工一些機(jī)械加工難以解決的具有復(fù)雜圖形的薄板，薄片或在金屬表面上蝕刻圖案、花紋等。光化學(xué)腐蝕加工2.1.2工藝過(guò)程圖所示為照相制版的工藝過(guò)程框圖。其主要工序包括原圖、照相、涂覆、曝光、顯影、固膜、腐蝕等。1)原圖和照相。原圖是將所需圖形按一定比例放大描繪在紙上或刻在玻璃上，一般需放大幾倍，然后通過(guò)照相，將原圖按需要大小縮小在照相底片上。照相底片一般采用涂有鹵化銀的感光版光化學(xué)腐蝕加工2)金屬版和感光膠的涂覆。金屬版多采用微晶鋅版和純銅版，但要求具有一定的硬度和耐磨性，表面光整、無(wú)雜質(zhì)、無(wú)氧化層、無(wú)油垢等，以增強(qiáng)對(duì)感光膠膜的吸附能力。常用的感光膠有聚乙烯醇、骨膠、明膠等，其配制方法見(jiàn)表光化學(xué)腐蝕加工3)曝光、顯影和堅(jiān)膜。曝光是將原圖照相底片緊緊密合在已涂覆感光膠的金屬版上，通過(guò)紫外光照射，使金屬版上的感光膠膜按圖像感光。照相底片上不透光部分，由于擋住了光線照射，膠膜不參與光化學(xué)反應(yīng)，仍是水溶性的，照相底片上透光部分，由于參與了化學(xué)反應(yīng)，使膠膜變成不溶于水的絡(luò)合物，然后經(jīng)過(guò)顯影，把未感光的膠膜用水沖洗掉，使膠膜呈現(xiàn)出清晰的圖像。其原理如圖所示1—金屬板；2—感光膜；3—照相底片；4—成像膠膜為提高顯影后膠膜的抗蝕性，可將制版放在堅(jiān)膜液中進(jìn)行處理，堅(jiān)膜液成分和處理時(shí)間見(jiàn)表光化學(xué)腐蝕加工4)固化。經(jīng)過(guò)感光堅(jiān)膜后的膠膜，抗蝕能力仍不強(qiáng)，必須進(jìn)一步固化。聚乙烯醇膠一般在180℃下固化15min，即呈深棕色。因固化溫度還與金屬版分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，微晶鋅版固化溫度不超過(guò)200℃，銅版固化溫度不超過(guò)300℃，時(shí)間5~7min，表面呈深棕色為止。固化溫度過(guò)高或時(shí)間太長(zhǎng)，深棕色變黑，致使膠裂或炭化，喪失了抗蝕能力。光化學(xué)腐蝕加工5)腐蝕。經(jīng)固膜后的金屬版，放在腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，即可獲得所需圖像，其原理如圖所示1—顯影后的金屬片；2—成像膠膜；3—腐蝕深度注：添加劑是為防止側(cè)壁腐蝕的保護(hù)劑。光化學(xué)腐蝕加工隨著腐蝕的加深，在側(cè)壁方向也產(chǎn)生腐蝕作用稱為“鉆蝕”，影響到形狀和尺寸精度。一般印刷版的腐蝕深度和側(cè)面坡度都有一定要求圖：金屬版的腐蝕坡度為了腐蝕成這種形狀，必須進(jìn)行側(cè)壁保護(hù)，其方法是，在腐蝕液中添加保護(hù)劑，并采用專用的腐蝕裝置，就能形成一定的腐蝕坡度。1—固定轉(zhuǎn)盤；2—印刷機(jī)；3—液輪；4—腐蝕液光化學(xué)腐蝕加工例如腐蝕鋅版，其保護(hù)劑是由磺化蓖麻油等主要成分組成。當(dāng)金屬版腐蝕時(shí)，在機(jī)械沖擊力的作用下，吸附在金屬底面的保護(hù)劑分子容易被沖散，使腐蝕作用不斷進(jìn)行。而吸附于側(cè)面的保護(hù)劑分子，因不易被沖散，故形成保護(hù)層，阻礙了腐蝕作用，因此自然形成一定的腐蝕坡度，如圖所示。腐蝕銅版的保護(hù)劑由乙烯基硫脲和二硫化甲脒組成，在三氯化鐵腐蝕液中腐蝕銅版時(shí)，能產(chǎn)生一層白色氧化層，可起到保護(hù)側(cè)壁的作用。1—側(cè)面；2—底面；3—保護(hù)劑分子；4—金屬版；5—膠膜；6—腐蝕液光化學(xué)腐蝕加工2.2光刻加工的原理和工藝2.2.1光刻加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍光刻是利用光致抗蝕劑的光化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)，將掩模版上的圖形精確地印制在涂有光致抗蝕劑的襯底表面，再利用光致抗蝕劑的耐腐蝕特性，對(duì)襯底表面進(jìn)行腐蝕，可獲得極為復(fù)雜的精細(xì)圖形。光刻的精度甚高，其尺寸精度可達(dá)到0.01~0.005mm，是半導(dǎo)體器件和集成電路制造中的關(guān)鍵工藝之一。特別是對(duì)大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路的制造和發(fā)展，起了極大的推動(dòng)作用。利用光刻原理還可制造一些精密產(chǎn)品的零部件，如刻線尺、刻度盤、光柵、細(xì)孔金屬網(wǎng)板、電路布線板、晶閘管元件等。光化學(xué)腐蝕加工2.2.2光刻的工藝過(guò)程圖：光刻的主要工藝過(guò)程1—襯底(硅)；2—光刻薄膜(SiO2)；3—光致抗蝕劑；4—掩模版圖：半導(dǎo)體光刻工藝過(guò)程示意圖光化學(xué)腐蝕加工(1)原圖和掩模版的制備(2)涂覆光致抗蝕劑(3)曝光(4)腐蝕(5)去膠化學(xué)拋光3化學(xué)拋光3.1.化學(xué)拋光的原理一般是用硝酸或磷酸等氧化劑溶液，在一定條件下，使工件表面氧化，此氧化層又能逐漸溶入溶液，表面微凸起處被氧化較快而較多，微凹處則被氧化慢而少。同樣凸起處的氧化層又比凹處更多、更快地?cái)U(kuò)散、溶解于酸性溶液中，因此使加工表面逐漸被整平，達(dá)到表面平滑化和光澤化。3.1.化學(xué)拋光的特點(diǎn)可以大表面或多件拋光薄壁、低剛度零件，可以拋光內(nèi)表面和形狀復(fù)雜的零件，不需外加電源、設(shè)備，操作簡(jiǎn)單、成本低。其缺點(diǎn)是化學(xué)拋光效果比電解拋光效果差，且拋光液用后處理較麻煩?；瘜W(xué)拋光3.2化學(xué)拋光的工藝要求及應(yīng)用1)金屬的化學(xué)拋光常用硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸等酸性溶液拋光鋁、鋁合金、鉬、鉬合金、碳鋼及不銹鋼等。有時(shí)還加入明膠或甘油之類的添加劑。拋光時(shí)必須嚴(yán)格控制溶液溫度和時(shí)間。溫度從室溫到90℃，時(shí)間自數(shù)秒到數(shù)分鐘，只有材料、溶液成分經(jīng)試驗(yàn)后才能確定最佳值?；瘜W(xué)拋光2)半導(dǎo)體材料的化學(xué)拋光如鍺和硅等半導(dǎo)體基片在機(jī)械研磨平整后，還要最終用化學(xué)拋光去除表面雜質(zhì)和變質(zhì)層。常用氫氟酸和硝酸、硫酸的混合溶液或雙氧水和氫氧化銨的水溶液?；瘜W(xué)鍍膜4化學(xué)鍍膜4.1化學(xué)鍍膜的原理在含金屬鹽溶液的鍍液中加入一種化學(xué)還原劑，將鍍液中的金屬離子還原后沉積在被鍍零件表面4.2化學(xué)鍍膜的特點(diǎn)有很好的均鍍能力，鍍層厚度均勻，這對(duì)大表面和精密復(fù)雜零件很重要；被鍍工件可為任何材料，包括非導(dǎo)體如玻璃、陶瓷、塑料等；不需電源，設(shè)備簡(jiǎn)單；鍍液一般可連續(xù)、再生使用。化學(xué)鍍膜4.3.化學(xué)鍍膜的工藝要點(diǎn)及應(yīng)用化學(xué)鍍銅主要用硫酸銅、鍍鎳主要用氯化鎳、鍍鉻主要用溴化鉻、鍍鈷主要用氯化鈷溶液，以次磷酸鈉或次硫酸鈉作為還原劑，也有選用酒石酸鉀鈉或葡萄糖等為還原劑的。對(duì)特定的金屬，需選用特定的還原劑。鍍液成分、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度和時(shí)間都對(duì)鍍層質(zhì)量有很大影響。鍍前還應(yīng)對(duì)工件表面除油、去銹等作凈化處理。應(yīng)用最廣的是化學(xué)鍍鎳、鈷、鉻、鋅，其次是鍍銅、錫。在電鑄前，常在非金屬的表面用化學(xué)鍍膜法鍍上很薄的一層銀或銅作為導(dǎo)電層和脫模之用。等離子體加工工藝1879年W.克魯克斯指出放電管中的電離氣體是不同于氣體、液體、固體的物質(zhì)第四態(tài)，1928年I.朗繆爾給它起名為等離子體。最常見(jiàn)的等離子體有電弧、霓虹燈和日光燈的發(fā)光氣體以及閃電、極光等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已能用多種方法人工產(chǎn)生等離子體，從而形成一種應(yīng)用廣泛的等離子體技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，溫度在108K左右的等離子體稱高溫等離子體，目前只用于受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)中；具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的等離子體是溫度在2×103～5×104K之間、能持續(xù)幾分鐘乃至幾十小時(shí)的低溫等離子體，主要用氣體放電法和燃燒法獲得。氣體放電又分為電弧放電、高頻感應(yīng)放電和低氣壓放電。前兩者產(chǎn)生的等離子體稱熱等離子體，主要用作高溫?zé)嵩矗缓笳弋a(chǎn)生的等離子體稱冷等離子體，具有工業(yè)上可利用的特殊的物理性質(zhì)。等離子體加工工藝等離子體加工工藝1等離子體加工系統(tǒng)組成2等離子體加工原理3等離子體加工工藝4等離子體加工工藝特點(diǎn)5等離子體加工工藝應(yīng)用案例等離子體加工系統(tǒng)組成便攜式等離子體切割器數(shù)字程序控制等離子體切割器手持等離子弧切割等離子加工基本原理基本原理等離子體加工時(shí)利用電弧放電使氣體電離成過(guò)熱的等離子氣體流束，靠局部熔化及氣體來(lái)去除材料的等離子體是高溫電離的氣體，它有氣體原子或分子在高溫下獲得能量電離之后，離解成帶正電荷的離子和帶負(fù)電荷的自由電子所組成，整體的正負(fù)粒子數(shù)目和正負(fù)電荷數(shù)目相等，因此稱為等離子體等離子體被稱為物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，物質(zhì)存在的通常三種狀態(tài)是氣、固、液三態(tài)等離子體加工基本原理鎢電極接陰極，工件9接陽(yáng)極利用高頻振蕩或瞬時(shí)短路引弧的方法，是鎢電極與工件之間形成電弧高溫的電弧使工質(zhì)氣體的原子或分子在高溫中獲得很高的能量其電子沖破了帶正電的原子核的束縛，成為自由電子，而原來(lái)呈中性的原子失去電子后成為離子這種電離化的氣體，正負(fù)電荷的數(shù)量仍然相等，從整體看呈中性，稱之為電子弧由于壓縮效用的綜合作用，等離體體的能量高度集中，電流密度、等離子體電弧溫度都很高，氣體的電離度也隨著劇增，并以很高的速度從噴嘴孔噴出，具有很大的動(dòng)能和沖擊力，到達(dá)金屬表面時(shí)釋放大量的熱能，加熱和熔化金屬，并將溶化了的金屬材料吹除圖

等離子體加工原理示意圖1—切縫；2—噴嘴；3—保護(hù)罩；4—冷卻水；5—鎢電極；6—工質(zhì)氣體；7—等離子體電??；8—保護(hù)氣體屏；9—工件等離子體加工基本原理機(jī)械壓縮效應(yīng)：電弧在被迫通過(guò)噴嘴通道噴出時(shí)，通道對(duì)電弧產(chǎn)生機(jī)械壓縮作用，而噴嘴通道的直徑和長(zhǎng)度對(duì)機(jī)械壓縮效應(yīng)影響很大磁收縮效應(yīng)：由于電弧電流周圍磁場(chǎng)的作用，迫使電弧產(chǎn)生強(qiáng)烈的收縮作用，使電弧變得更細(xì)，電弧區(qū)中心電流密度更大，電弧更穩(wěn)定而不擴(kuò)散熱收縮效應(yīng)：噴嘴內(nèi)部通入冷卻水，使噴嘴內(nèi)壁受到冷卻，溫度降低，因而靠近內(nèi)壁的氣體電離度急劇下降，導(dǎo)電性差，電弧中心導(dǎo)電性好，電離度高，電弧電流被迫在電弧中心高溫區(qū)通過(guò)，使電弧的有效截面縮小，電流密度大大增加。一般高速等離子氣體流量越大，壓力越大，冷卻愈充分，則熱收縮效應(yīng)愈強(qiáng)三種壓縮效應(yīng)等離子體加工基本原理等離子體加工工藝材料去除速度和加工精度等離子體切割的速度很高，成型切割厚度為25mm的鋁板切割速度為760mm/min，而厚度為6.4mm的鋼板的切割速度為4060mm/min，采用水噴時(shí)可增加碳鋼的切割速度，對(duì)厚度為5mm的鋼板，切割速度為6100mm/min切邊的斜度一般為2°~7°，當(dāng)仔細(xì)控制工藝參數(shù)時(shí)，斜度可保持在1°~2°。對(duì)厚度小于25mm的金屬，切縫寬度通常為2.5~5mm；厚度達(dá)150mm的金屬，切縫寬度為10~20mm.加工后的表面粗糙度通常為Ra1.6~3.2μm。熱影響層分布的深度為1~5mm,決定于工件的熱學(xué)性質(zhì)、加工進(jìn)度、切割深度、以及所有的加工參數(shù)等離子體加工孔的直徑在10mm以內(nèi)，鋼板厚度為4mm時(shí)，加工精度為±0.25mm，當(dāng)鋼板厚度達(dá)35mm,加工孔或槽的精度為±0.8mm。等離子體加工工藝等離子焊接焊縫正面焊縫反面材料：5456(lf6)鋁合金，8mm厚試板等離子體加工應(yīng)用等離子金屬材料切割等離子電弧焊接等離子體表面加工技術(shù)等離子體在人造器官的表面加工等離子體加工應(yīng)用1987年，美國(guó)NASA宇航局馬歇爾宇航中心決定變極性等離子弧焊工藝部分取代鎢極氬弧焊工藝焊接航天飛機(jī)外貯箱。航天飛機(jī)外貯箱為2219鋁合金，共焊接6400m焊縫，經(jīng)100%X射線檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)任何內(nèi)部缺陷，焊接質(zhì)量比TIG多層焊明顯提高哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)美國(guó)的NAS和波音公司已經(jīng)將此技術(shù)應(yīng)用在航天飛機(jī)外燃料箱和火箭殼體的變截面(8-16.5mm)環(huán)縫焊接生產(chǎn)中，在固態(tài)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管元件焊接生產(chǎn)中也得到了應(yīng)用擠壓珩磨擠壓珩磨技術(shù)在國(guó)外稱磨料流動(dòng)加工(AbrasiveFlowMachining簡(jiǎn)寫為AFM),是70年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)表面加工技術(shù)，最初主要用于去除零件內(nèi)部通道或隱蔽部分的毛刺而顯示出來(lái)優(yōu)越性，隨后夸大應(yīng)用到零件表面的拋光。擠壓珩磨1擠壓珩磨系統(tǒng)組成2擠壓珩磨技術(shù)原理3擠壓珩磨工藝4擠壓珩磨工藝特點(diǎn)5加壓珩磨工藝應(yīng)用案例擠壓珩磨系統(tǒng)a)珩磨示意圖b)珩磨加工軌跡c)亞歐擠壓珩磨機(jī)擠壓珩磨技術(shù)原理工件固定安裝在夾具中，夾具被上、下兩只盛有研磨介質(zhì)的擠壓筒壓緊。加工時(shí)，上、下擠壓筒中的活塞由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)上、下同步移動(dòng)，從而推動(dòng)和擠壓研磨介質(zhì)，使之反復(fù)通過(guò)工件的被加工表面，由磨料顆粒產(chǎn)生磨削作用。加工所用的擠壓力為1～3兆帕，也有高達(dá)10兆帕的。擠壓珩磨技術(shù)原理擠壓珩磨工藝1.粘彈性磨料介質(zhì)由一種半固體、半流動(dòng)的高分子聚合物和磨料顆粒均勻混合組成用于傳遞壓力，攜帶磨粒流動(dòng)及起潤(rùn)滑作用能與磨粒均勻黏結(jié)，與金屬工件不發(fā)生黏附組成：高分子聚合物：磨料：一般采用碳化硅或氧化鋁，有時(shí)也采用碳化硼或金剛石粉。磨料粒度范圍是8#～600#。粗磨料用于去毛刺，細(xì)磨料用于拋光。磨料含量是10～60％，依具體加工情況而定。擠壓珩磨工藝2.夾具夾具使研磨介質(zhì)按規(guī)定路徑通過(guò)被加工表面，同時(shí)還起著安裝固定工件的作用，因此夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)工件形狀、尺寸和加工要求設(shè)計(jì)制造。對(duì)小型工件可采用多工位夾具，一次可安裝許多工件同時(shí)進(jìn)行加工。夾具材料一般采用耐磨工具鋼和尼龍等，也可采用碳鋼或鋁等材料，磨損后加以更換。夾具須具有足夠的強(qiáng)度和密封性。

擠壓珩磨工藝2.夾具加工交叉孔零件的夾具示意圖擠壓珩磨工藝2.夾具拋光外齒輪的夾具結(jié)構(gòu)原理擠壓珩磨工藝2.夾具擠壓珩磨齒輪模具的夾具結(jié)擠壓珩磨型腔的夾具結(jié)構(gòu)擠壓珩磨工藝3.材料去除率與公差切除材料最大作用發(fā)生在流動(dòng)限制最大的點(diǎn)上，而其他方面也一樣的，磨削的用量或材料切除量與漿體流動(dòng)的長(zhǎng)度有直接關(guān)系例如：相同的漿體量流經(jīng)兩個(gè)不同的截面區(qū)域較小的流路因?yàn)橛休^大的流動(dòng)限制，所以流過(guò)的漿體長(zhǎng)度較短，而其流速較慢，同時(shí)其材料切除量也較少較長(zhǎng)的流路將有較大的流體流動(dòng)長(zhǎng)度，而其有較多磨削量下圖說(shuō)明了其影響AFM的加工參數(shù)擠壓珩磨工藝3.材料去除率與公差擠壓珩磨工藝3.材料去除率與公差擠壓珩磨工藝3.材料去除率與公差擠壓珩磨工藝3.材料去除率與公差擠壓珩磨工藝3.材料去除率與公差擠壓珩磨工藝4.表面技術(shù)面粗糙度以Ra表示，AFM可以10倍或更多改善表面粗糙度。是原來(lái)的表面程度而定，AFM可將表面粗糙度降低到3μin(0.075μm)，而其尺寸公差可到千分之十幾英寸之內(nèi)。此加工方法在介質(zhì)流動(dòng)的方向上，將會(huì)產(chǎn)生單一方向加工之表面層。表面改善時(shí)磨料在表面的峰和谷上作用的直接結(jié)果，而不是將較高的材料填入較低處。因此，AFM是去除熱重鑄表面層之理想方法，而且改善之表面可保有原主要成份。圖2.45至2.48表示AFM的拋光過(guò)程擠壓珩磨工藝特點(diǎn)適用范圍：擠壓珩磨介質(zhì)是一種半流動(dòng)狀態(tài)的粘彈性材料，可以適應(yīng)各種復(fù)雜表面的拋光和去毛刺，如各種型孔，型面，像齒輪、葉輪、交叉空、噴嘴小孔、液壓部件、各種模具等等，它的適應(yīng)范圍是很廣的，而且?guī)缀跄芗庸に械慕饘俨牧?，同時(shí)也能加工陶瓷，硬塑料等。拋光效果：加工后的表面粗糙度與原始狀態(tài)和磨料粒度等有關(guān)，一般可降低為加工前表面粗糙度的十分之一，最低表面粗糙度可以達(dá)到Ra0.025μm的鏡面。磨料流動(dòng)加工可以去除在0.025mm深度的表面殘余應(yīng)力，可以去除前面工序（如電火花加工，激光加工工等）形成的表面變質(zhì)層和其他表面微觀缺陷。擠壓珩磨工藝特點(diǎn)材料去處速度：擠壓珩磨的材料去處量一般為0.01-0.1mm，加工時(shí)間一般為1-5min，最多十幾分鐘即可完成，可以多見(jiàn)同時(shí)加工，效率可大大提高。對(duì)多件裝夾的小零件的產(chǎn)率每小時(shí)可達(dá)100件加工精度：加壓珩磨是一種表面加工技術(shù)，因此他不能修正零件的形狀誤差。切削均勻性可以保持在被切削量的10%以內(nèi)，因此，也不至于破壞零件原有的形狀精度，一般尺寸精度可以控制在微米的數(shù)量級(jí)擠壓珩磨實(shí)際應(yīng)用擠壓珩磨可用于邊緣光整、倒圓角、去毛刺、拋光和少量的表面材料去處、特別適用于難以加工的內(nèi)部通道的拋光和去毛刺、從軟的鋁到韌性的鎳合金材料均可進(jìn)行擠壓珩磨加工。擠壓珩磨已用于硬質(zhì)合金拉絲模、擠壓模、拉伸膜、粉末冶金模、葉輪、齒輪、染料旋流器等的拋光和去毛刺還可用于去除電火花加工、激光加工或滲氮處理這類熱能加工產(chǎn)生的不希望有的變質(zhì)層擠壓珩磨工藝應(yīng)用經(jīng)過(guò)這道同軸珩磨加工后，硬化過(guò)的和非硬化過(guò)的區(qū)域直徑差被修正（如圖2中第2個(gè)孔），達(dá)到可進(jìn)行后續(xù)珩磨加工的公差要求。同軸珩磨后總的形狀誤差大約為12μm，由此可確保同軸珩磨后的粗珩和精珩加工（如圖2中第3、4兩孔），這兩道工序?qū)儆趥鹘y(tǒng)的珩磨加工，可按常用的加工參數(shù)和方式進(jìn)行。擠壓珩磨工藝應(yīng)用AFM在內(nèi)表面加工示例AFM在外表面加工示例擠壓珩磨工藝應(yīng)用擠壓珩磨工藝應(yīng)用水射流切割1968年,美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)教授諾曼·弗蘭茲博士首次獲得水射流切割技術(shù)專利。1971年,利用該技術(shù)對(duì)做家具的硬木進(jìn)行射流切割獲得成功,引起了國(guó)際關(guān)注。80年代,美國(guó)又率先把水磨料射流(AWJ)切割技術(shù)推進(jìn)到了實(shí)用階段,使切割對(duì)象更為廣泛。高壓水射流切割不僅可以切割各類金屬或非金屬、塑性或脆性硬材,而且是冷切割工藝,因此材料的物理、機(jī)械性能及材質(zhì)的晶間組織結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞,且免除了后序加工。尤其對(duì)特種材料,如鈦合金、碳纖維材料等,其切割效果更無(wú)法比擬。目前,已有3000多套水射流切割設(shè)備在數(shù)十個(gè)國(guó)家的幾十個(gè)行業(yè)中應(yīng)用,可切割500余種材料,其設(shè)備年增長(zhǎng)率超過(guò)20%。我國(guó)近10年在研究、開(kāi)發(fā)和用水射流切割技術(shù)方面取得較快進(jìn)展。南京大地水射流有限公司研制成功超高壓數(shù)控萬(wàn)能水切割機(jī),使我國(guó)成為世界上第5個(gè)能生產(chǎn)該機(jī)床的國(guó)家。水射流切割水射流切割工藝1水射流切割系統(tǒng)組成2水射流切割原理3水射流切割工藝4水射流切割工藝特點(diǎn)5水射流切割工藝應(yīng)用水射流切割系統(tǒng)組成1.水射流系統(tǒng)組成噴注汞單元噴住切割單元過(guò)濾單元水射流切割系統(tǒng)組成水射流切割系統(tǒng)組成水射流切割系統(tǒng)組成1)液壓系統(tǒng)供水系統(tǒng)：是將水質(zhì)軟化，使PH值達(dá)到6～8，并精濾到0.5μm以下。藍(lán)寶石水噴嘴的工作壽命取決于水質(zhì)，直接用自來(lái)水時(shí)壽命僅為34h，用軟化水壽命為78h，用混合層軟水壽合高于200h。增壓系統(tǒng)：增壓系統(tǒng)是設(shè)備的關(guān)鍵部分，其核心是增壓器。增壓比一般選10:1～20:1。在420MPa時(shí)將被壓縮12％。為使水壓穩(wěn)定在上5％之內(nèi)，需在增壓器與噴嘴之間設(shè)置蓄壓器。增壓缸和蓄壓缸都是超高壓壓力容器，因此要有足夠的疲勞強(qiáng)度和工作壽命。高壓水路系統(tǒng)：高壓水路連接增壓系統(tǒng)和切割頭裝置。要采用超高壓鋼管和旋轉(zhuǎn)接頭，鋼管要有撓鉤性，各類接頭要小巧、可靠、靈活，旋轉(zhuǎn)接頭要有多種旋向型式和一定的工作壽命。切割頭裝置：切割頭包括高壓水開(kāi)關(guān)閥和寶石噴嘴、水/磨料混合室和混合管?；旌瞎苁且讚p件。以前用硬質(zhì)合金制造，精切割時(shí)使用壽命約2h，精切割壽命約10h。現(xiàn)改用工程陶瓷材料壽命高達(dá)20～100h。接收裝置：置于切割頭和工件的下方，用來(lái)收集切割剩余射流。具有消能、降噪、防濺和安全等功能。射流暴露會(huì)產(chǎn)生高達(dá)420dB（A）的噪聲。設(shè)置接收裝置后，使噪聲被控制在80～90dB（A）以內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：高壓水射流切割是一種高精度的切割工藝方法，必須由高精度的切割設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前的切割設(shè)備均是微機(jī)控制或由工業(yè)機(jī)器人操作，可實(shí)行五軸聯(lián)動(dòng)。重復(fù)精度可達(dá)±0.05mm。水射流切割系統(tǒng)組成2)機(jī)床磨料供給系統(tǒng)：包括料倉(cāng)、磨料、流量和輸送管。料倉(cāng)形狀和料倉(cāng)內(nèi)的網(wǎng)篩要保證磨料供給通暢、不至堵塞。流量閥應(yīng)能控制磨料流量的通斷和大小，還應(yīng)能排除輸送管中的水分。機(jī)床不是通行的，每種機(jī)床的設(shè)計(jì)應(yīng)符合具體的加工要求水射流切割原理高壓水射流切割的原理是將水增至超高壓100～400MPa，經(jīng)節(jié)流小孔（φ0.15～φ0.4mm），使水壓熱能轉(zhuǎn)變?yōu)樯淞鲃?dòng)能（流速高達(dá)900m/s，是音速的2-3倍）。用這種高速密集的水射流進(jìn)行切割。磨料水射流切割則是再往水射流中混入磨料粒子，經(jīng)混合管形成磨料射流進(jìn)行切割。在磨料射流中，水射流作為載體使磨料粒子加速，由于磨料質(zhì)量大、硬度高，磨料水射流較之水射流其射流動(dòng)能更大，切割效能更強(qiáng)。水射流切割工藝水射流切割工藝1.信息采集對(duì)圖形信息采集，數(shù)據(jù)的采集精度，數(shù)據(jù)的處理速度直接影響了數(shù)控系統(tǒng)的效率。數(shù)據(jù)的采集精度越高其數(shù)據(jù)處理速度越慢，數(shù)控系統(tǒng)的效率越低。高壓水射流切割機(jī)床的加工對(duì)象是任何平面材料的任何二維圖形，其采集精度在小數(shù)點(diǎn)后四位時(shí)，加工精度，控制效率都可達(dá)到滿意的效果。在二維超高壓水射流切割機(jī)床中信息采集有四部分：圖形信息采集材料性能及相關(guān)加工信息采集狀態(tài)信息采集實(shí)時(shí)位置信息采集水射流切割工藝2.信息加工依然是以AUTOCAD為作業(yè)平臺(tái)，要對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)排料、自動(dòng)識(shí)別移刀和進(jìn)刀、定義加工速度和延時(shí)的有效性、自動(dòng)機(jī)床加工代碼輸出的功能。在這當(dāng)中應(yīng)注意移刀和進(jìn)刀點(diǎn)定義的方便靈活性，以便充分發(fā)揮編程員在加工不同材料的加工路徑走法經(jīng)驗(yàn)，避免因工件加工完畢蹺起導(dǎo)致與運(yùn)動(dòng)中的刀頭碰撞的問(wèn)題。水射流切割工藝信息的傳輸是指將G代碼通過(guò)控制模塊傳遞給執(zhí)行元件執(zhí)行，在WINDOWS的系統(tǒng)平臺(tái)下，文件的傳輸簡(jiǎn)單并且高效，因此采用文件交換和網(wǎng)絡(luò)傳輸。在二維超高壓水射流數(shù)控切割機(jī)床自動(dòng)控制系統(tǒng)中，是以工控系統(tǒng)為中心，讀取并處理運(yùn)動(dòng)G代碼，對(duì)機(jī)床各動(dòng)作部件進(jìn)行統(tǒng)一控制，對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，以便對(duì)機(jī)床進(jìn)行有效的安全控制。3.信息的傳輸水射流切割工藝4.編程示例absacc(0,10000);/*設(shè)置0軸加速度*/absvel(0,10000);/*設(shè)置0軸速度*/absacc(1,10000);/*設(shè)置1軸速度*/absvel(1,10000);/*設(shè)置1軸加速度*/absacc(2,10000);/*設(shè)置2軸速度*/absvel(2,10000);/*設(shè)置2軸速度*/LineInterpolation(3,AxisNO,NowPOS,PerPos,IpolSpeed);/*對(duì)直線進(jìn)行查補(bǔ)*/水射流切割工藝5.水射流控制系統(tǒng)接收AutoCad,CorelDraw,MasterCam等生成的圖形

可導(dǎo)入PLT、DXF和G代碼文件

可將導(dǎo)入的圖形文件轉(zhuǎn)換成G代碼，可對(duì)G代碼文件進(jìn)行編輯、存儲(chǔ)

支持三軸工作平臺(tái)，可加工任意曲線

Z軸可作升降調(diào)節(jié)，可選擇Z軸控制方式

具有仿真功能，模擬加工軌跡

具有手動(dòng)控制功能，方便調(diào)試

根據(jù)走線路徑以指定的速度切割，完成后可選擇是否回到指定的起點(diǎn)

在加工過(guò)程中自動(dòng)根據(jù)曲線的復(fù)雜程序進(jìn)行加減速處理，使得加工件切面光滑

可設(shè)定切割切入點(diǎn)

水閥、砂閥和高壓閥可靈活設(shè)置開(kāi)關(guān)端口、開(kāi)關(guān)順序和延時(shí)，可手動(dòng)/自動(dòng)順序開(kāi)啟和關(guān)閉

加工過(guò)程中，實(shí)時(shí)顯示位置、切割速度、加工軌跡，可調(diào)節(jié)切割速度

加工過(guò)程中，Z軸可任意調(diào)整位置

可對(duì)G代碼手動(dòng)編程

加工過(guò)程中，可選取按原軌跡返回

可對(duì)DXF文件圓形任意設(shè)定入刀點(diǎn)和繪制入刀線

圖形文件自動(dòng)軌跡長(zhǎng)度計(jì)算，并可計(jì)算加工總計(jì)工時(shí)費(fèi)用

重要參數(shù)密碼保護(hù)功能，安全實(shí)用

可選擇系統(tǒng)語(yǔ)言，中英文雙語(yǔ)言系統(tǒng)

手持盒控制功能簡(jiǎn)介水射流切割工藝6.材料的去除速度切割速度取決于工件材料，并與所用功率大小成正比，和材料厚度成反比不同的材料切割速度如表材料厚度/mm噴嘴口徑/mm壓力/MPA切割速度(m.s-1)附注吸音板190.253101.25玻璃鋼板3.550.254120.0025環(huán)氧樹脂石墨6.90.354120.0275膠質(zhì)(化學(xué))玻璃100.384120.07聚碳酸脂50.384120.10聚乙烯30.052860.0092苯乙烯30.0752480.0064水射流切割工藝7.材料的加工精度切割精度主要受噴嘴軌跡精度影響，切縫大約比所采用的噴嘴孔徑大0.025mm加工復(fù)合材料時(shí)，采用的射流速度要高，噴嘴直徑要小，并具有小的前角，噴嘴緊靠工件，噴射距離要小噴嘴愈小，加工精度愈高，但材料去除速度低切邊質(zhì)量受材料性質(zhì)影響大，軟材料可以獲得光滑表面，塑性好的材料可以切割出高質(zhì)量的切邊液壓過(guò)低會(huì)降低切邊質(zhì)量，尤其對(duì)復(fù)合材料，容易引起材料離層或起鱗采用正前角和降低進(jìn)給速度可以改善切割質(zhì)量水射流切割工藝特點(diǎn)可作全方位的切割，包括各種形狀、角度或斜度；不需要進(jìn)行磨邊等二次加工，在切割過(guò)程中還可以減少飛塵，改善工作環(huán)境。可以輕松地切割不銹鋼板或堅(jiān)硬的大理石、花崗巖等，對(duì)那些因其他方法難以切割的材料如芳綸、鈦合金等各種復(fù)合材料更是非常理想或唯一的加工手段。切割時(shí)不會(huì)產(chǎn)生裂痕，它可以切割間隙很窄的材料。一般而言，純水切割其切口約為0.1mm至1.1mm，加砂切割其切口約在0.8mm至1.8mm之間.。隨著砂噴嘴內(nèi)孔直徑擴(kuò)大其切口也就愈大。8.水射流切割優(yōu)點(diǎn)水射流切割工藝特點(diǎn)9.水射流切割優(yōu)點(diǎn)各種方法切割板料的評(píng)定結(jié)果列于表1（根據(jù)Flow公司的數(shù)據(jù)）。水射流切割工藝特點(diǎn)由于高壓水射流切割屬于冷切割，在切割過(guò)程中產(chǎn)生的熱量很少，并且熱量很快被水流帶走，所以不會(huì)造成工件切口附近的材料氧化、金相組織發(fā)生變化，也不會(huì)使工件發(fā)生變形，同時(shí)也避免了某些材料有害物質(zhì)的揮發(fā)。高壓水射流切割屬于點(diǎn)切割，切割時(shí)作用在工件上的力很小，不會(huì)使工件產(chǎn)生附加應(yīng)力或應(yīng)力變形，這對(duì)于切割某些表面完整性要求高的零部件及其補(bǔ)充加工有著特殊的意義。高壓水射流切割沒(méi)有粉塵危害，因?yàn)榍懈钏樾己芸鞎?huì)隨水流進(jìn)入收集器而被排走，這對(duì)于石棉制品、玻璃鋼制品、酚醛夾層材料以及陶瓷制品等材料的切割是非常有利的。由于高壓水射流切割所使用的噴嘴孔徑很小，使得切口的間隙很窄，這可以大大節(jié)約材料，特別是對(duì)于某些貴重金屬的切割，提高了材料的利用率，降低了生產(chǎn)成本。高壓水射流切割設(shè)備大都采用計(jì)算機(jī)或機(jī)器人控制的數(shù)控切割裝置，可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)，所以采用高壓水射流不但可以切割各種板狀材料，也可以切割三維曲形的零部件。水射流切割工藝應(yīng)用一般情況下，能夠利用激光、等離子、火焰、線切割、鋸、銑削等加工方法基本滿足加工工藝要求時(shí)，則不宜采用水切割加工，畢竟水切割的運(yùn)行成本較高，噴嘴、導(dǎo)流套、高壓密封件都是進(jìn)口的耗材，價(jià)格較貴。但當(dāng)您感到激光和等離子所能切割的厚度太薄，所產(chǎn)生的毛刺太大，所產(chǎn)生的熱影響區(qū)不利時(shí)，您可以考慮選用水切割；當(dāng)您感到火焰切割的毛刺太大、粗糙度太差、熱影響區(qū)太大時(shí)，您可以考慮選用水切割；當(dāng)您感到線切割的速度太慢，并且不能切割非導(dǎo)電材料時(shí)，您可以考慮選用水切割；當(dāng)您感到銑削的方法產(chǎn)生了許多廢屑，造成了很大的浪費(fèi)時(shí)，您也可以考慮選用水切割，因?yàn)樗懈畈粫?huì)產(chǎn)生廢屑，而是整片切割，水切割加工割分開(kāi)的材料大多是可利用的；當(dāng)您感到使用圓鋸和帶鋸太慢，而又不能進(jìn)行非直線切割時(shí)，您照樣可以考慮選用水切割；當(dāng)您切割易燃易爆材料或在易燃易爆的環(huán)境下切割時(shí)，更必須考慮選用水切割；當(dāng)您切割時(shí)不想產(chǎn)生毒副氣體、不需二次加工、不想產(chǎn)生熱效應(yīng)或變形或微裂縫、又想產(chǎn)生良好的切邊品質(zhì)并能同時(shí)切割細(xì)小的孔時(shí)，您更要考慮選用水切割。總之，水切割是一種萬(wàn)能的切割方式，但某些場(chǎng)合下的使用并不是最佳的，所以選擇時(shí)要做具體分析。水射流工藝應(yīng)用機(jī)器制造業(yè)：齒輪、鑄件、不銹鋼、銅、鋁、鈦合金構(gòu)件以及其它金屬件；建筑裝修業(yè)：瓷磚、石料、水泥、石膏板、隔音材料、大理石、礦物棉等；玻璃工業(yè)：玻璃異形切割、夾膠玻璃、復(fù)合玻璃和有機(jī)玻璃等；廣告行業(yè)：廣告圖形、文字切割，各種廣告材料的切割等；木材加工業(yè)：膠合板、復(fù)合板、硬木；紡織工業(yè)：衣料、皮革、地毯、地板革；造紙工業(yè)：瓦楞紙、印刷紙；車輛制造業(yè)：汽車內(nèi)復(fù)合材料裝飾、后視鏡、儀表面板、塑料外罩、橡膠件和密封件；電子工業(yè)：電路板和復(fù)合材料；軍工行業(yè)：炮彈切割、芳綸材料（該材料用來(lái)做坦克、裝甲車、防彈背心、防彈車的防彈層等）；其他行業(yè)：航空、船舶、無(wú)紡纖維、制衣、礦山、煤礦、鋼鐵。水射流切割應(yīng)用案例磁性磨練研磨加工和磁性磨料電解加工磁性磨料研磨加工(MagneticAbrasiveMachining，MAM)是近十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型光整加工技術(shù)。將磁性研磨材料放入磁場(chǎng)中，磨料在磁場(chǎng)力的作用下將沿磁力線方向有序地排列形成磁力刷，這種磁力刷具有很好的拋磨拋光性能，同時(shí)還具有很好的可塑性。當(dāng)切削阻力大于磁場(chǎng)的作用力時(shí)，磨料會(huì)產(chǎn)生滾動(dòng)或滑動(dòng)，不會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生嚴(yán)重的劃傷。適用于對(duì)精密零件進(jìn)行拋光和去毛刺，在精密儀器儀表制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。磁性磨練研磨加工和磁性磨料電解加工1MAM系統(tǒng)組成2MAM加工原理3MAM加工工藝4MAM加工工藝特點(diǎn)5MAM加工工藝應(yīng)用MAM系統(tǒng)組成MAM加工原理加工原理干性磁力研磨的示意圖如圖所示。把磁性磨料放入磁場(chǎng)中，磁性磨料在磁場(chǎng)中將沿著磁力線的方向有序地排列成磁力刷。把工件放入N-S磁極中間，并使工件相對(duì)N極和S極保持一定的距離，當(dāng)工件相對(duì)磁極作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁性磨料將對(duì)工件表面進(jìn)行研磨加工。磁性磨粒在工件表面上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通常有滑動(dòng)、滾動(dòng)、切削三種形式。當(dāng)磁性磨粒受到的磁場(chǎng)力大于切削力時(shí)，磁性磨粒處于正常的切削狀態(tài)。當(dāng)磁性磨粒受到的磁場(chǎng)力小于切削力時(shí)，磁性磨粒就會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)或滾動(dòng)。MAM加工原理在研磨過(guò)程中，磁性磨粒的受力狀態(tài)如圖所示。磨?！癆”是在加工區(qū)中靠近工件表面的一顆磁性磨粒。在磁場(chǎng)力的作用下，磨?！癆”就會(huì)沿磁力線的方向產(chǎn)生一個(gè)壓向工件的力，這個(gè)力定義為xP同時(shí)，由于工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，磨?！癆”在運(yùn)動(dòng)切線方向產(chǎn)生一個(gè)切向力，這個(gè)力稱為yP，因?yàn)榇艠O和工件之間生成的磁場(chǎng)是不均勻的。在切線方向由于磁力強(qiáng)度梯度產(chǎn)生了一個(gè)與yP相反的磁力zF，這個(gè)力的作用可以防止磨粒向加工區(qū)域以外流動(dòng)，這樣就保證了研磨工作的正常進(jìn)行。磁力的大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比。磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小又與直流電源的電壓有關(guān)，增加電壓，磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)。因此，只要調(diào)節(jié)外加電壓，就可以調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小。MAM加工工藝磁性磨料磁性磨料的制造工藝雖不完全相同，但使用的原材料是基本相同的。常用的原料是鐵加普通磨料(例如A12O3、SiC

等)。一般的制造方法是將一定粒度的A12O3或SiC

與鐵粉混合、燒結(jié)，然后粉碎、篩選，制成一定尺寸的磁性磨料，如圖

所示。在制造磁性磨料前，應(yīng)對(duì)普通磨料(例如A12O3、SiC

等)的粒度進(jìn)行選擇。對(duì)于不同的工件材質(zhì)和加工要求，要選擇不同粒度的A12O3或SiC

磨料粉，因?yàn)樗鼈兊牧６却笮≈苯佑绊懝ぜ难心伖赓|(zhì)量和加工表面粗糙度。磁性磨粒的尺寸較大時(shí)，其受到磁場(chǎng)的作用力大，研磨拋光加工效率高；磁性磨粒的尺寸較小時(shí)，研磨過(guò)程容易控制，易于保證工件的加工表面質(zhì)量，但加工效率較低MAM加工工藝加工工藝參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量的影響1.磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響加工間隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可以通過(guò)改變勵(lì)磁電壓的大小來(lái)控制。當(dāng)勵(lì)磁電壓一定時(shí)，磁性磨料受到的作用力與磁感應(yīng)強(qiáng)度的平方成正比。增大加工間隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，就能有效地提高研磨拋光效率，因此，要正確選用勵(lì)磁電壓。應(yīng)根據(jù)工件的尺寸、工件材質(zhì)、工件加工表面粗糙度的要求等合理選擇電壓值。一般粗加工時(shí)應(yīng)選用較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度。2.加工間隙的影響當(dāng)磁性磨料、工件轉(zhuǎn)速、勵(lì)磁電壓一定時(shí)，應(yīng)正確選擇加工間隙的大小。試驗(yàn)結(jié)果和理論分析都證明：加工間隙增大，磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)減小；加工間隙小，則磁感應(yīng)強(qiáng)度大。在粗加工時(shí)，加工間隙要盡量選?。痪庸r(shí)，加工間隙要選大。加工間隙大小的值應(yīng)根據(jù)具體的加工要求而定。MAM加工工藝3.磁極形狀的影響為了有效和可靠地工作，必須正確設(shè)計(jì)磁極的形狀。若磁極的中央部分是圓弧，中央部分不容易保存磁性磨粒，中央部分就沒(méi)有研磨作用，降低了磁極的利用率。若在磁極圓弧的中央開(kāi)槽，則磁性磨料的受力狀態(tài)改變，使中央部分集中了磁性磨粒，使磁極利用率提高。同時(shí)，磁極形狀的設(shè)計(jì)應(yīng)使磁性磨料在加工間隙中受到更大的磁場(chǎng)力，從而提高磁力研磨的加工效率。MAM加工特點(diǎn)磁性磨料加工特點(diǎn)磁性磨料研磨加工(MAM)是將磁性研磨材料放入磁場(chǎng)中，磨料在磁場(chǎng)力的作用下將沿磁力線方向有序地排列形成磁力刷，這種磁力刷具有很好的拋磨拋光性能，同時(shí)還具有很好的可塑性。當(dāng)切削阻力大于磁場(chǎng)的作用力時(shí)，磨料會(huì)產(chǎn)生滾動(dòng)或滑動(dòng)，不會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生嚴(yán)重的劃傷。磁性磨料研磨加工的分類：按磨粒的狀態(tài)分為干性研磨和濕性研磨兩種。影響加工質(zhì)量的因素：磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響、加工間隙的影響和磁極形狀的影響。MAM加工應(yīng)用應(yīng)用實(shí)例1.利用回轉(zhuǎn)磁極研磨球面工具磁極的端面為球面，兩個(gè)工具磁極繞同一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。研磨時(shí)，工件不但轉(zhuǎn)動(dòng)，而且擺動(dòng)，但球心始終不動(dòng)。利用這種方法研磨，可以在幾分鐘內(nèi)將球面從Ramax6μm研磨拋光成為Ra0.1μm球面的磁力研磨MAM加工應(yīng)用2．磁力研磨階梯形零件利用磁力研磨方法拋光圓柱階梯形零件，可以將棱邊上20~30μm高度的毛刺在幾分鐘內(nèi)去除，研磨成的棱邊圓角半徑為0.01mm，這是其他方法無(wú)法或者很難實(shí)現(xiàn)的，在精密耦合件中用來(lái)拋光和去毛刺十分有效。圖：階梯形零件的磁力研磨MAM加工應(yīng)用2．磁力研磨階梯形零件磁性磨料研磨加工技術(shù)主要用于精密機(jī)械零件的表面精整和去毛刺。去毛刺的高度不能超過(guò)0.1mm。通常用于液壓元件的閥體內(nèi)腔拋光及去毛刺，效率高、質(zhì)量好，棱邊倒角可以控制在0.01mm以下，這是其他加工方法難以實(shí)現(xiàn)的。磁性磨料研磨加工技術(shù)還可以用于油泵齒輪、軸瓦、軸承、異型螺紋滾子等的研磨拋光。圖：階梯形零件的磁力研磨鋁合金微弧氧化表面陶瓷處理技術(shù)微弧氧化表面處理是基于電火花（短電?。┓烹姾碗娀瘜W(xué)、化學(xué)等綜合作用使鋁及鋁合金表面生長(zhǎng)、形成一層很薄的多功能的陶瓷膜，這是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究的一項(xiàng)已實(shí)用化的表面處理技術(shù)

鋁（包括鎂和欽）及其合金因其密度小而被廣泛應(yīng)用于航天、航空和其他民用工業(yè)中。但其缺點(diǎn)是表面硬度低、不耐磨損。哈爾濱工業(yè)大學(xué)所屬的黑龍江中俄科技合作及產(chǎn)業(yè)化中心在20世紀(jì)末引進(jìn)俄羅斯先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，掌握了在鋁及鋁合金等表面上用電火花微弧放電氧化原理，使之在表面生成三氧化二鋁（A1203）為主的陶瓷薄層的現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，并開(kāi)發(fā)出系列化的微弧氧化脈沖電源產(chǎn)品。北京師范大學(xué)、西安理工大學(xué)等也進(jìn)行了這方面的研究，并也有商品化的脈沖電源產(chǎn)品。

為了提高鋁及鋁合金的耐磨、耐蝕性，早在數(shù)十年前就產(chǎn)生了鋁表面陽(yáng)極氧化工藝，它是在特定的電解液中將鋁接低電壓直流電源的陽(yáng)極，在電化學(xué)的作用下，鋁表面生成一層多孔、高電阻率的氧化層薄膜，經(jīng)過(guò)后繼處理，可以提高鋁及鋁合金的表面硬度和耐磨性，有的還可進(jìn)行著色等處理，已廣泛用于鋁制品等工業(yè)部門中。一、微弧氧化后的表面陶瓷層的功能和用途鋁合金微弧氧化表面陶瓷處理技術(shù)1．高硬度、抗磨表層:微弧氧化后生成的陶瓷薄層的硬度和抗磨性，可高于淬火鋼、硬質(zhì)合金，因此，在航天、航空或要求重量輕而耐磨的產(chǎn)品中，可以用鋁合金代替鋼材制作氣動(dòng)、液壓伺服閥的閥套、閥芯和氣缸、液壓缸。在紡織機(jī)械高速運(yùn)動(dòng)的紗錠部件表面可在鋁合金表面微弧氧化生成耐磨的陶瓷層。2．減磨表面:由于微弧氧化后可以使之成為含有微孔隙的陶瓷表層，在使用傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑時(shí)摩擦因數(shù)可降低為0.12~0.06。如果在微孔隙中填充以二硫化鋁或聚四氟乙烯等固體潤(rùn)滑劑，則更有獨(dú)特的減摩擦、磨損效果，可用于汽車、摩托車活塞或其他需低摩擦因數(shù)的場(chǎng)合。3．耐腐蝕表面:能耐酸、堿、海水、鹽霧等的腐蝕，可用作化工、船舶、潛水艇、深水器械等設(shè)備的防腐保護(hù)層。鋁合金微弧氧化表面陶瓷處理技術(shù)4．電絕緣層:電阻率可達(dá)到106一1010Ω·cm。很薄的陶瓷表層，其絕緣強(qiáng)度可達(dá)幾十兆歐以上，耐高壓100一1000V?？梢杂糜诩纫己脤?dǎo)電，又要良好絕緣性能的精密、微小的特殊機(jī)構(gòu)中。5．熱穩(wěn)定、絕熱、隔熱表層:由于表面覆蓋有耐高溫的陶瓷層，所以鋁合金在短時(shí)間內(nèi)可耐受800一900°C，甚至2000°C高溫，可以提高鋁、鎂、欽等合金部件的工作溫度。可用于火箭、火炮等需瞬時(shí)耐高溫的零件。6．光吸收與光反射表層:做成不同性能、不同顏色的陶瓷層，例如一黑色或白色，可吸收或反射光能＞80%，或用于太陽(yáng)能吸熱器或電子元件的散熱片。鋁、鎂、欽及其合金作成彩色的陶瓷表層，可以作為手機(jī)外殼等高級(jí)裝飾材料。鋁合金微弧氧化表面陶瓷處理技術(shù)7．催化活性表層：使之生成在內(nèi)燃機(jī)活塞頂部，可把CO催化氧化成CO2，可減少沉積炭黑和一氧化碳的排放量。8．抑制生物、紉菌表層：微弧氧化時(shí)在陶瓷層中加入磷等某些化學(xué)物質(zhì)，可以抑制某些生物生長(zhǎng)，可用于防止在海水中船舶表面生長(zhǎng)附著海藻、海咧子等生物，或抑制電冰箱內(nèi)壁生長(zhǎng)細(xì)菌。9．親生物層：陶瓷表層加入鈣等對(duì)生物親和、活化的物質(zhì)，可使植人體內(nèi)欽合金的假肢表面易于附著生長(zhǎng)骨骼、微細(xì)血管和神經(jīng)細(xì)胞的生物組織。

由此可見(jiàn)，在鋁、欽等合金表面的微弧氧化生成陶瓷層的技術(shù)，有很大的應(yīng)用及發(fā)展前途。鋁合金微弧氧化表面陶瓷處理技術(shù)二、微弧氧化表面處理技術(shù)的工藝特點(diǎn)這種微弧氧化表面生成陶瓷層的基本原理是利用400一500V高壓電源產(chǎn)生電火花在鋁合金表面微弧放電，使鋁和工作液中的氧在瞬時(shí)高溫下發(fā)生電、物理、化學(xué)反應(yīng)生成三氧化二鋁（Al2O3）的陶瓷薄層，牢固地生長(zhǎng)附著在原鋁合金的表面上。經(jīng)過(guò)微弧氧化處理形成的Al2O3。層的厚度可自1一200μm，甚至更厚。其基本性能和陶瓷（剛玉）類似，具有很高的硬度（顯微硬度為1000~1500HV）和耐磨性，以及耐高溫性能，還具有很高的絕緣電阻和耐酸堿腐蝕性能等。此陶瓷層由內(nèi)向外可以分為過(guò)渡層、致密層和疏松層。靠近鋁合金基體的是過(guò)渡層，它和基體緊密牢固結(jié)合，其上是致密層，其主要結(jié)構(gòu)組織是硬度較高耐磨的a相AL2O3（a一AL2O3)，內(nèi)有少量的γ相AL2O3（γ-AL2O3)，越向表層，γ-AL2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，而且含有大量的小氣孔，組織粗糙疏松、脆而硬度低，但摩擦?xí)r可以含潤(rùn)滑油。以厚巧150μm的陶瓷層為例，原始表面以下約75μm為致密層；而原始表面以上大約75μm為疏松層，而且越靠近表面越疏松，氣孔率越高，如圖所示。鋁合金微弧氧化表面陶瓷處理技術(shù)圖中疏松層和致密層的交界面與鋁合金的原始表面大致等高，這一特點(diǎn)，對(duì)需后續(xù)磨削、研磨加工有尺寸要求的零件是很重要的。當(dāng)然疏松層和致密層并不是突變而是逐漸過(guò)渡的。所含主要物質(zhì)a-AL2O3，和γ-AL2O3的比例取決于工藝條件，它影響陶瓷膜的各種性能。鋁合金微弧氧化表面陶瓷處理技術(shù)三、微弧氧化工藝及設(shè)備的原理是微弧氧化工藝和設(shè)備的原理簡(jiǎn)圖。圖中1為脈沖電源，2為需微弧氧化的鋁合金工件接脈沖電源正極，3為不銹鋼槽，接電源負(fù)極,4為工作液，常用氫氧化鉀（KOH）添加硅酸鈉（Na2SiO3）或偏鋁酸鈉（NaALO2）等的溶液。5為吹氣攪拌用的壓縮空氣管。鋁合金微弧氧化表面陶瓷處理技術(shù)加工升始時(shí)，在10~50V直流低電壓和工作液的作用下，正極鋁合金表面產(chǎn)生有一定電阻率的陽(yáng)極氧化薄膜，隨著此氧化膜的增厚，為保持一定的電流密度，直流脈沖電源的電壓應(yīng)不斷地相應(yīng)提高，直至升高到300V以上，此時(shí)氧化膜已成為電阻率更高的絕緣膜。當(dāng)電壓提高到400V左右時(shí)，將對(duì)鋁合金表面產(chǎn)生的絕緣膜擊穿形成微電弧（電火花）放電，可以看到表面上有很多紅白色的細(xì)小火花亮點(diǎn)，此起彼伏，連續(xù)、交替、轉(zhuǎn)移放電。當(dāng)電壓升高到500V或更高時(shí)，微電弧火花放電的亮點(diǎn)成為藍(lán)白色，更大、更粗，而且伴有連續(xù)的僻啪放電聲。此時(shí)微電弧火花放電通道3000℃以上的高溫將鋁合金表面中熔融Al原子與工作液中的氧原子，以及電解時(shí)陽(yáng)極上的正鋁離子（Al3+）與工作液中的負(fù)氧離子（02-）發(fā)生電、物理、化學(xué)反應(yīng)結(jié)合而成為AL2O3，陶瓷層。實(shí)際上這些過(guò)程是非常復(fù)雜的，人們還在不斷研究和深化認(rèn)識(shí)過(guò)程中。最簡(jiǎn)單的直流脈沖電源系將380V,50Hz的交流電源經(jīng)變壓器變壓、升壓至0-600V可調(diào)節(jié)的交流電，再經(jīng)半波或全波整流成每秒