高能束及復(fù)合加工技術(shù)

高能束及復(fù)合加工技術(shù)一、概述①利用高能量密度的束流作為熱源，對材料或構(gòu)件進(jìn)行加工的先進(jìn)的特種切割、打孔、噴涂、表面改性、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)②高能束加工技術(shù)利用高能束熱源、高能量密度、可精密控制微焦點和高速掃描的技術(shù)特性，實現(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。③高能束加工技術(shù)正朝著高精二．激光加工四．磨料水射流加工五．超聲波復(fù)合加工一、概述作；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、加工精度及表面完整性方面的廣泛應(yīng)用于焊接、切割、打孔和涂覆加工在表面改性、微細(xì)加工和新材料制備領(lǐng)域開拓和二、激光加工①方向性好：光束幾乎在一條直線上傳播,發(fā)散角幾毫弧度②單色性好:He-Ne激光的譜線寬度約2X10-9nm⑤可調(diào)諧：通過改變腔長可改變波長⑥可調(diào)制：振幅、偏振方向及頻率等參數(shù)可以調(diào)制（光通信采用）⑦能量可壓縮：激光脈沖的持續(xù)時間可以短①激光加工（laserbeammachining，LBM）是利用材料在在激光聚焦照射下瞬時急劇熔化和氣化，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。②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。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)和聲波等多術(shù)。提高了加工效率，生產(chǎn)率一般大大高于單獨用各種加工方法的生產(chǎn)率之和。在提高加工效率電廠激發(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4）激光可聚焦形成微米級光斑，輸出功率大小可調(diào)節(jié)，常用于精密細(xì)微加工，最高加工精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，定的激光束輸出。激光器可分為：固體、氣體、液體、半），透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固體激光器能量更為集中，能量密度可達(dá)105-107W/cm2。如將焦點調(diào)節(jié)到焊件結(jié)合處，光能迅速轉(zhuǎn)換成熱到相變溫度（由掃描速度決定時間長短），工件表層由于熱量迅速向內(nèi)傳導(dǎo)快速冷卻，實現(xiàn)了工②與其它表面熱處理比較，激光熱處理工藝簡單，生產(chǎn)率高，工藝過程易實現(xiàn)自動化。一耗能少，工件變形小，適合精密局部表面硬化及內(nèi)孔或形狀復(fù)雜零件表面的局部硬化處理，但激光表面熱處理設(shè)備費用高，工件表面硬化深度受限，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106~分轉(zhuǎn)換為熱能，使工件被沖擊部位的材料達(dá)到幾千攝氏度，料。也可以利用能量密度較低的電子束轟擊高分子材料，使①能量使用率可高達(dá)90%⑤可使材料沖擊部位的溫度超過材料的熔化和氣化溫度，使材料瞬時蒸發(fā)①聚集的高速電子沖擊工件接縫處，使金屬迅速熔化和不銹鋼、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)（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)加速聚焦形成高能工件將引起變形、分離、破壞等機(jī)械作用，而不像電子束是通過熱效應(yīng)進(jìn)行加工。①適於加工易氧化金屬，合金材料和半導(dǎo)體材料④成本高，加工效率低，但可進(jìn)行自動化加工離子束刻蝕可用于加工空氣軸承的溝槽、打孔、加工極薄材料及超高精度非球面透鏡，還可用于四、高壓水射流加工“水滴石穿”體現(xiàn)了在人們眼中秉性柔弱的水本身潛在的威力.作為一項獨立而完整的加工技術(shù)高壓水射流(Waterjet,WJ)、磨料水射流(AbrasiveWaterjet,AWJ)用高壓水為人們的生產(chǎn)服務(wù)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)和切割是近些年來國際上興起的一項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），（200-500米/秒）噴出的一股能量高度集中的重要的意義。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，要研制出高性能的2.側(cè)向作用力小，避免產(chǎn)生切口變形。1.切割不同硬度合成材料時，可去除軟的部位，保留硬的部高速射流本身具有較高的剛性，在與靶物碰撞形成，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)(有時可能為射流表面上雖為圓柱模型，而內(nèi)部實際上存在剛性高和剛性低的部分，剛性高的部分產(chǎn)生的沖擊高速水射流破壞材料的過程是一個動態(tài)斷裂過程，對擴(kuò)散為主；而對塑性材料符合最大的拉應(yīng)力瞬時斷裂準(zhǔn)則，即一旦材料中某點的法向拉應(yīng)力達(dá)到比要高出一個數(shù)量級左右，主要是因為動態(tài)應(yīng)力作用時間短，材料中裂紋來不及發(fā)展，因而這個動態(tài)斷裂不僅與應(yīng)力有關(guān)，還與拉伸應(yīng)力的作用時高壓水射流切割是利用具有很高動能的高速光、離子束、電子束一樣是屬于高能束加工范疇。高壓水射流切割作為一項高新特技術(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)的成熟及某些局限的克服，合金、高速鋼、模具鋼、淬火鋼、白口鑄鐵、鎢鉬鈷合金、耐熱合金、鈦合金、耐蝕合金、復(fù)合（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五、超聲波加工進(jìn)行的往返運動。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動4、超聲波加工原理浮液加工硬脆材料的一種加工方法。超聲波加工是磨振動作用下的機(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)沖擊是主要將超聲頻電振蕩信號轉(zhuǎn)換為超聲頻機(jī)械振動壓電式換能器（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）鎳、鐵鈷釩合金、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?；蛘呦喾吹氖⒕w、鈦酸鋇（BaTiO3）陶瓷、鋯鈦酸鉛（ZrPbTiO3）壓通過變幅桿任一截面的振動能量不變（傳播損耗不記）截面小的地方能量密度大能量密度作用：推動磨料和懸浮液沖擊工件表面，加工出形狀和尺寸～～表面質(zhì)量要求高煤油或機(jī)油碳化硼、碳化硅或氧化鋁～～加工精度、表面質(zhì)量要求高～～顆粒型腔、型孔成型加工：加工各種硬脆材料的圓孔、型孔、型腔、溝槽、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、精接尼龍、塑料、鋁制品，在陶瓷等表面涂覆熔化的金屬涂層焊接一般很難焊接的稀有金屬，如超聲加工有它的應(yīng)用特點、范圍和加工局限性在一個加工過程中運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、超聲振動切削加工、超聲激光加工超聲振動切削加工輔以超聲振動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、銑削等在改善工件表面質(zhì)量、提高加工效率和擴(kuò)大加工范圍等方面具有獨特而明顯切削力、鉆削扭矩、攻絲扭矩、