特種加工技術(shù)物料切蝕加工演示文稿

特種加工技術(shù)物料切蝕加工演示文稿目前一頁\總數(shù)十七頁\編于十六點優(yōu)選特種加工技術(shù)物料切蝕加工ppt目前二頁\總數(shù)十七頁\編于十六點超聲波加工原理超聲波及其特性當(dāng)聲波頻率超出16000Hz范圍稱為超聲波。超聲波可以在氣體、液體和固體介質(zhì)中傳遞，由于超聲波頻率高、波長短、能量大，所以傳播時反射、折射、共振和損耗等更為嚴(yán)重。超聲波具有下列特征：1）傳遞能量強(qiáng)。超聲波頻率很高，其能量密度可達(dá)100W/cm2，超聲波的作用是對其傳播方向的物體施加壓力（即聲壓），傳播的波的能量越大，則聲壓越大。2）空化作用。超聲波振動，在液體介質(zhì)中連續(xù)地形成壓縮和稀疏區(qū)域，產(chǎn)生沖擊和空化。3）反射和折射。超聲波通過不同的介質(zhì)時，在界面上發(fā)生波速突變，產(chǎn)生波的反射和折射。4）干涉和共振。在一定的條件下會產(chǎn)生干涉和共振現(xiàn)象。為了使彈性桿處于最大振幅共振狀態(tài)，應(yīng)使彈性桿設(shè)計成半波長的整數(shù)倍，而固定彈性桿的支撐點應(yīng)該選在振動過程的波節(jié)處（沒有振動的地方）。超聲波加工是利用超聲振動的工具，在具有磨料的液體介質(zhì)或磨料干粉中，產(chǎn)生沖擊、拋磨等產(chǎn)生氣蝕來去除材料，或是振動的能量轉(zhuǎn)化為熱量而進(jìn)行加工的加工方法。在超聲加工，高頻電源接在超聲換能器上，把電信號轉(zhuǎn)化為垂直于工件表面的超聲機(jī)械振動，再經(jīng)過變幅桿，把振動的振幅放大到0.05-0.1mm左右，以驅(qū)動工具端面作超聲振動；此時磨料由于受超聲振動的沖擊，也產(chǎn)生振動，并沖擊工件，使之在沖擊、拋磨和空化的作用下，把材料去除。由于超聲加工是基于磨粒的局部撞擊作用，因此特別適合于硬脆材料的加工。超聲加工原理與特點目前三頁\總數(shù)十七頁\編于十六點超聲波加工設(shè)備及其組成超聲波發(fā)生器超聲波振動系統(tǒng)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)運動和加工工件的能量。其基本要求是：可靠性好、效率高、機(jī)構(gòu)簡單、成本低，還要求功率和頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，能對振動頻率進(jìn)行自動跟蹤和自動微調(diào)。超聲波發(fā)生器由于功率不同，有電子管、晶閘管式和晶體管式，大功率的以前用電子管的比較多，但近年來逐漸被晶體管所取代。超聲波發(fā)生器分振蕩級、電壓放大級、功率放大級和電源四部分。機(jī)床本體工作液循環(huán)系統(tǒng)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，有時用煤油或機(jī)油。超聲波加工機(jī)床的本體一般很簡單，包括支撐聲學(xué)部件的機(jī)架、工作臺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；圖6-4是CSJ-2超聲波加工機(jī)床。圖中聲學(xué)部件安裝在一根能上下移動的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌由上下二組滾動導(dǎo)輪定位，使導(dǎo)軌能靈活精密地上下移動。工具的向下進(jìn)給及對工件施加壓力靠聲學(xué)部件的自重，為了能調(diào)節(jié)壓力的大小，在機(jī)床后部可以改變平衡重錘，也有采用彈簧或液壓等其它方法改變平衡砝碼的重量。目前四頁\總數(shù)十七頁\編于十六點超聲波振動系統(tǒng)超聲波振動系統(tǒng)的作用是將高頻電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動能，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)大桿及工具組成。換能器的作用是把超聲頻電振蕩信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動。實現(xiàn)這種目的的方法有兩種，一是壓電效應(yīng)，二是磁致伸縮效應(yīng)。壓電效應(yīng)換能器磁致效應(yīng)換能器石英晶體、鈦酸鋇、鋯釔酸鉛等物質(zhì)在受到機(jī)械壓縮或拉伸后，其表面會產(chǎn)生一定的電荷，形成一定的電勢；同理，如果在表面加一定的電壓，晶體會產(chǎn)生一定的機(jī)械變形，這個效應(yīng)稱為壓電效應(yīng)。石英晶體：0.01μm/3000V，鈦酸鋇：20-30倍，但效率和機(jī)械強(qiáng)度差，鋯釔酸鉛：二者的優(yōu)點；壓電陶瓷片：自振頻率與厚度、上下端塊質(zhì)量及夾緊力成反比。鐵、鈷、鎳及其合金的長度能隨其所處的磁場強(qiáng)度變化而伸縮的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。鎳：縮短0.004%，鐵和鈷：伸長。當(dāng)磁場去除后恢復(fù)原尺寸，材料在交變磁場中會交變伸縮，產(chǎn)生振動。磁致式換能器比壓電式換能器有更高的機(jī)械強(qiáng)度和輸出功率，常用于中、大功率的超聲加工。但缺點是渦流發(fā)熱損失大，能量轉(zhuǎn)換效率低，需冷卻系統(tǒng)，以保證換能器溫度低于材料200℃左右的居里點。目前五頁\總數(shù)十七頁\編于十六點超聲波振動系統(tǒng)由于換能器材料伸縮變形量很小，在共振情況下也超不過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）的變幅桿放大振幅。變幅桿應(yīng)用的原理是：因為通過變幅桿的每一截面的振動能量是不變的，所以隨著截面積的減小，振幅就會增大。變幅桿的常見形式如圖6-3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)械振動作用于懸浮液磨料，對工件進(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磨損。工具的尺寸和形狀取決于被加工表面，它們相差一個加工間隙值（略大于磨料直徑）。變幅桿目前六頁\總數(shù)十七頁\編于十六點超聲波加工規(guī)律加工精度表面質(zhì)量加工速度表面粗糙度一般為Ra0.1-1mm，取決于每個磨粒每次撞擊在工件表面留下的凹坑的大小。凹坑的大小與磨粒直徑、被加工材料性質(zhì)、超聲振動的振幅、磨料懸浮液等有關(guān)。當(dāng)磨粒尺寸小、工件材料硬度大、超聲振動振幅小，則粗糙度好，但加工速度低。煤油潤滑油為工作液時的表面粗糙度將比水作為工作液時明顯改善。加工精度：機(jī)床精度、夾具精度、磨料粒度、工具精度、工具磨損、工具的橫向振動、加工深度、工件材料性質(zhì)等有關(guān)。一般孔的尺寸精度可達(dá)到±0.02-0.05mm。超聲電源輸出功率W50-100200-300500-7001000-15002000-250004000最大加工盲孔直徑mm5-1015-2025-3030-4045-50>60工具加工最大通孔直徑mm520-3040-5060-8080-90>90表6-1超聲波加工功率與加工孔徑的關(guān)系加工孔的尺寸比工具尺寸有所放大，放大量約為磨粒直接的二倍?？椎募庸ふ`差：橢圓度和錐度，橢圓度與工具橫向振動和沿圓周磨損不均勻有關(guān)；錐度與工具磨損有關(guān)。用工具或工件旋轉(zhuǎn)可提高孔的圓度和生產(chǎn)率。表6-2常用幾種磨料粒度和磨粒尺寸范圍磨粒粒度120#150#180#240#280#W40W28W20W14W10W7磨粒尺寸范圍mm125-100100-8080-6363-5050-4040-2828-2020-1414-1010-77-5目前七頁\總數(shù)十七頁\編于十六點超聲加工速度的影響隨加工振幅和頻率的增大加工速度加快，但工具和變幅桿需承受的內(nèi)應(yīng)力也會增大，降低系統(tǒng)的使用壽命，同時表面粗糙度也會提高。振幅一般在0.1-0.01mm，頻率在16000-25000Hz。實際加工時應(yīng)調(diào)至共振頻率，以獲得最大振幅。加工速度又稱材料去除率，是指單位時間內(nèi)去除材料的多少，單位是g/min或mm3/min，加工玻璃時最大加工速度可達(dá)2000-4000mm3/min。工具振幅和頻率磨料和粒徑靜壓力懸浮液濃度工件和工具磨料硬度越高，加工速度越快。氧化鋁—玻璃、鍺和陶瓷；碳化硼—硬質(zhì)合金、工具鋼和寶石；金剛砂—金剛鉆和紅寶石。磨料的粒度—加工精度、表面粗糙度及生產(chǎn)率的。磨料粒徑較小時加工速度慢，磨料粒徑增大加工速度隨著增大，但當(dāng)磨料粒徑過大時加工速度反而下降。被加工工件材料越脆，受沖擊的能力越弱，越容易被加工，反之，韌性越好，則不容易被加工。如玻璃的可加工性為100%，鍺、硅等半導(dǎo)體單晶為200-250%，石英為50%，硬質(zhì)合金為2-3%，淬火鋼為1%，不淬火鋼不到1%。工具表面形狀也影響加工速度的最大值，窄的矩形工具比相同截面積的正方形工具具有更大的加工速度，用圓錐形的工具來代替圓柱形工具，生產(chǎn)率可以提高50%。目前八頁\總數(shù)十七頁\編于十六點在靜壓力不大時加工速度隨作用在工具上的靜載荷增大而增大，當(dāng)靜壓力超過一定的值，則加工速度反而隨靜壓力增大而減小，因為壓力小時工具和工件之間的間隙過大，減弱了磨料對工件的沖擊作用，而壓力過大時工件和工具之間的距離過小，使磨料和工作液不能順利循環(huán)更新，反而影響加工效率（加工速度以穿透率表達(dá)）。一般地，當(dāng)加工面積小的時候，靜壓力可以較大。例如采用圓形實心工具在玻璃上加工孔時，加工面積在5-13mm3時，其最佳靜壓力為400kPa，當(dāng)加工面積大于20mm3時，最佳靜壓力為200-300kPa。超聲加工速度的影響靜壓力懸浮液濃度增加懸浮液濃度可以提高切割效率，當(dāng)懸浮液混合物的磨料/水的體積比為30-40%時就產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，如果懸浮液濃度再增加，由于加工區(qū)域磨料的循環(huán)運動受影響，反而會降低加工速度。當(dāng)然隨懸浮液的粘度的增加加工效率會急劇下降。目前九頁\總數(shù)十七頁\編于十六點切割加工型孔和型腔加工超聲加工工藝及應(yīng)用金屬冶煉超聲清洗焊接加工復(fù)合加工復(fù)合加工是為了提高加工脆硬金屬材料的速度及降低工具的損耗，把超聲波加工與其他加工方法相結(jié)合加工，揚長避短。如超聲電解加工、超聲電火花加工、超聲拋光、超聲電解拋光、超聲調(diào)制激光加工等。在冶金工業(yè)中，超聲波用于控制結(jié)晶過程，增加擴(kuò)散和分散，改善材料性能。最顯著的是細(xì)化晶粒。加入超聲波，對晶核的增加和晶粒有破碎作用，產(chǎn)生的空化作用促使局部超冷，有利于形成新的晶核。對結(jié)晶過程的影響不僅細(xì)化宏觀組織和用等軸結(jié)構(gòu)代替板狀結(jié)構(gòu)，而且還細(xì)化微觀組織。同時超聲波的作用還改善了金屬力學(xué)性能。超聲波的機(jī)械攪拌和空化作用使油水混合在一起，這種現(xiàn)象叫乳化，在冶金學(xué)中，一些合金是飛熔成合金，重金屬相和輕金屬相各自保持粗粒狀態(tài)。注入超聲波后也起乳化作用。是利用超聲振動作用，去除工作表面的氧化層，使新鮮的本體顯露出來，并在二個被焊工件振動沖撞、摩擦發(fā)熱、親和粘結(jié)在一起。其可以焊接普通的金屬材料，也可焊接尼龍、塑料、薄膜、絲、化學(xué)纖維等，目前在大規(guī)模集成電路的焊接中已得到廣泛的應(yīng)用目前十頁\總數(shù)十七頁\編于十六點切割加工型孔和型腔加工超聲加工工藝及應(yīng)用超聲清洗超聲波清洗是基于超聲振動在液體中產(chǎn)生交變的沖擊和空化效應(yīng)的，將這樣強(qiáng)烈的沖擊波作用到被清洗部位的污物上，使之產(chǎn)生疲勞破壞而脫落。主要用來清除各種形狀復(fù)雜、清洗質(zhì)量要求高的中小精密零件，特別是清洗窄縫、細(xì)小深孔、彎孔、盲孔、溝槽等。超聲加工在工業(yè)生產(chǎn)中主要是針對各種脆硬材料進(jìn)行圓孔、異形孔、型孔、型腔、套料和細(xì)微孔加工。切割脆硬的半導(dǎo)體材料用普通的機(jī)械加工方法是困難的，但采用超聲波切割則很方便，而且具有切片薄、切口窄、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點。經(jīng)常用于精密切割半導(dǎo)體、鐵氧體、石英、寶石、陶瓷、金剛石等硬脆材料。目前十一頁\總數(shù)十七頁\編于十六點利用水或水加添加劑，經(jīng)水泵和增壓器，達(dá)到7000Mpa的壓力，再經(jīng)儲液蓄能器，使高壓液流平穩(wěn)流動，最后有人工寶石做的噴嘴形成3000m/s的高速液流束，從孔徑為0.1-0.5mm的噴嘴噴射到工件，而達(dá)到去除材料的目的。加工深度取決于液壓噴射的速度、壓力和壓射距離。被液體沖刷下來的切屑被液體帶走。入口出射流的功率密度可達(dá)106W/mm2。設(shè)備6.2液體噴射加工特點應(yīng)用原理規(guī)律1）加工精度高、切邊質(zhì)量好。0.075-0.005mm。2）可割的材料多。鋼、鋁、銅等金屬和塑料、皮革、紙張等非金屬。3）加工速度快。能量密度高（106W/cm2）、流速快（7.5L/min）。4）切縫窄。切縫一般可達(dá)0.075-0.04mm。5）適合于易燃材料加工。6）無塵、無污染；噴嘴壽命長；設(shè)備簡單，加工成本低。液體噴射加工需要液壓系統(tǒng)和機(jī)床本體。液壓系統(tǒng)包括控制器、過濾器、密封裝置、泵、閥、增壓器、儲液槽等。液體噴射加工時，作為工具的射流是不會變鈍的，噴嘴的壽命也長。液體要經(jīng)過很好的過濾（含微粒直徑<0.5mm），液體精脫礦質(zhì)和去離子處理后，可以減少對噴嘴的腐蝕作用。切割時可以多個噴嘴同時工作，達(dá)到多路切割。目前十二頁\總數(shù)十七頁\編于十六點加工速度與精度加工精度加工速度加工速度取決于工件材料，并與功率大小成正比，與材料厚度成反比。切割精度主要受噴嘴軌跡精度的影響，切縫=噴嘴孔徑+0.025mm，加工復(fù)合材料時射流速度要高、噴嘴直徑要小、噴射距離要小。噴嘴越小，加工精度越高，但材料去除速度降低。切邊質(zhì)量受材料形狀影響很大，軟材料—表面光滑，塑性好—切邊質(zhì)量高。液體壓力低—降低切邊質(zhì)量（復(fù)合材料易引起離層和起鱗）。進(jìn)給速度低—切邊質(zhì)量好。材料厚度mm噴嘴直徑mm壓力Mpa切割速度m/s吸聲板190.253101.25玻璃鋼3.550.254120.0025環(huán)氧樹脂6.90.354120.0275皮革4.450.053030.0091膠質(zhì)玻璃100.384120.07聚碳酸酯50.384120.10聚乙烯30.052860.0092苯乙烯30.0752480.0064表6-3不同材料的切割速度目前十三頁\總數(shù)十七頁\編于十六點液體噴射加工的應(yīng)用可以切割和打孔很薄、很軟的金屬或非金屬，例如銅、鋁、鉛、塑料、木材、橡膠、紙張等。水射流切割可以代替硬質(zhì)合金切槽刀具，而且切邊質(zhì)量很好。如切割19mm厚的吸聲天花板，采用水壓為310Mpa，切割速度達(dá)到76m/min。表6-4為水射流切割常用的加工參數(shù)汽車工業(yè)中用水射流切割石棉制動片、橡膠地毯、復(fù)合材料板、玻璃纖維等。航天工業(yè)中也常用以切割復(fù)合材料、蜂窩夾層板、鈦合金元件和印刷電路板等。在機(jī)械工業(yè)中還常用以鑄件的清砂、鋼板的除銹、去毛刺、代替噴丸處理等。液體種類：水，水加添加劑添加劑：甘油、聚乙烯、其他長鏈聚合物壓力：70-415Mpa射流速度：300-900m/s流量：7.5L/min對工件作用力：45-134N噴嘴材料：人造金剛石、淬火鋼、不銹鋼直徑：0.05-0.38mm角度：與工件表面法線成0-30°性能功率：38kW切割速度：（見表6-3）切縫寬度：0.075-0.41mm壓射距離：2.5-90mm目前十四頁\總數(shù)十七頁\編于十六點是采用含有微細(xì)磨料的高速干燥氣體流對工件表面噴射，以實現(xiàn)去除材料的加工方法。磨料噴射加工不同于噴砂，這種加工所選用的磨料更細(xì)，而且不能循環(huán)使用，加工參數(shù)和切割作用需精密控制?？蓪芰慵M(jìn)行表面清理和去毛刺，也可以對脆硬材料進(jìn)行切割和刻蝕。6.3磨料噴射加工特點應(yīng)用原理規(guī)律1）去毛刺。各種小型精密零件、醫(yī)療器械上的交叉空、橫孔、內(nèi)螺紋、窄縫和用尼龍、聚四氟乙烯等制成的復(fù)雜零件及注射針頭的去毛刺。2）表面清理。常用于硅、鎵、磨砂玻璃、微調(diào)電路板、薄壁零件上的型面、各種不規(guī)則表面的清理。3）切割加工。切割硬脆材料，如玻璃等，且質(zhì)量好。4）雕刻、落料、打孔等。1）適合于加工硬脆材料，如水晶、陶瓷等，加工軟、韌的材料效果極差。2）工具無法進(jìn)入處的精密切割、去毛刺、表面清理、刻蝕和拋光。加工面積小、無熱應(yīng)力和表面損傷。3）設(shè)備簡單、功率消耗小、加工成本低。4）噴嘴磨損，影響質(zhì)量。5）噴射加工的噪音、磨料及去除物的飛濺，對人體和環(huán)境有害。目前十五頁\總數(shù)十七頁\編于十六點磨料噴射加工基本規(guī)律加工質(zhì)量加工速度影響因素有磨料種類、粒度、噴嘴直徑、噴嘴到工件距離、噴嘴角度、磨料噴射速度等。磨料越粗、噴射速度越快，加工速度越快；但噴射速度太高，加工速度反下降。最小切寬=0.13mm，加工誤差<±0.13mm，噴嘴和工件間距離對加工精度的影響很大。粗糙度與磨料尺寸關(guān)系見表6-6。加工軟材料時，磨料顆粒會嵌入工件表面，加工后必須仔細(xì)清理加工表面、縫隙和溝槽。表6-6磨料噴射加工的表面粗糙度加工材料磨料類型磨料尺寸mm表面粗糙度Ramm玻璃氧化鋁100.15-0.2280.36-0.51500.97-1.40不銹鋼氧化鋁100.20-0.50250.25-0.53500.38-0.96碳化硅200.30-0.50500.43-0.86玻璃球500.30-0.96表6-5磨料噴射加工常用的工藝參數(shù)磨料類型氧化鋁：加工鋁和黃銅碳化硅：加工不銹鋼和陶瓷碳酸氫鈉：加工尼龍、聚四氟乙烯、乙縮荃樹脂，用于細(xì)微清理玻璃球：用于