機(jī)械制造基礎(chǔ)之特種加工(文件)
【正文】 ? 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(guò)硬或空間狹小而難以去除。 32 三、超聲波加工 ? 人耳能感受到的聲波頻率在 16— 16000 Hz范圍內(nèi)，當(dāng)聲波頻率超過(guò) 16000 Hz時(shí)，就是超聲波。變幅桿將振幅放大到— mm，再驅(qū)動(dòng)工具端面作超聲振動(dòng)。因此，超聲波加工過(guò)程是 磨粒在工具端面的超聲振動(dòng)下，以機(jī)械錘擊和研拋為主，以超聲空化為輔的綜合作用過(guò)程。 ? ② 由于超聲波加工中的宏觀(guān)機(jī)械力小，因此能獲得良好的加工精度和表面粗糙度。 35 2 、 超聲波加工的應(yīng)用 ? 超聲波加工的 生產(chǎn)率 一般低于電火花加工和電解加工，但加工精度和表面質(zhì)量都優(yōu)于前者。加上超聲作用無(wú)處不入，即使是小孔和窄縫中的污物也容易被清洗干凈。 37 （ 4）超聲波焊接 ? 超聲波焊接是利用超聲頻的振動(dòng)作用，去除工件表層的氧化膜，使工件露出新的本體表面。 ? 38 ? 四 、高能束加工簡(jiǎn)介 ? 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 ,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 等。 39 （ 1）激光加工原理 ? 激光 是一種受激輻射產(chǎn)生的加強(qiáng)光。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波的綜合作用過(guò)程。再通過(guò)透鏡聚焦形成高能光束，照射在工件表面，即可進(jìn)行加工。加工速度快，熱影響區(qū)小，易實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)化。 ? 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 — 1mm，最小孔徑可達(dá) 0． 001 mm，孔的深徑比可達(dá) 50— 100；也可加工異形孔。 ? ②激光焊接 ? 功率密度為 10 一 10 W／ c㎡ ，照射時(shí)間約為 1／ 100 S左右 ,即可進(jìn)行焊接，激光焊接過(guò)程迅速，熱影響區(qū)小，無(wú)需焊料和焊劑 ,焊縫質(zhì)量高，既可以焊接同種材料，也可以焊接異種材料，還可以透過(guò)玻璃進(jìn)行焊接。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)孔加工。由上述可知，電子束是利用電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能對(duì)材料進(jìn)行加工的。 ? (2)加工速度快，一般厚度為 mm的工件 ,打孔時(shí)間為 10μ S至數(shù)秒；切割厚度為 1 mm的鋼板 ,速度可達(dá)240mm／ min。 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，易氧化的金屬及合金材料，特別適于加工要求高純度的半導(dǎo)體材料。并且由于使用高電壓，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的 x射線(xiàn)，必須采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施。在碰撞過(guò)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件材料產(chǎn)生濺射、拋出，其余能量轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧暇Ц竦恼駝?dòng)能。 47 離子束加工具有如下特點(diǎn) ： ① 離子束光斑直徑可以聚焦到 1μ m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(guò)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，并能精密地控制加工效果。 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去除，尺寸精度和表面粗糙度可以達(dá)到極限的程度。 ? 水射流切割 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)。 49 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(lái)去除材料的。水從 mm直徑的人造寶石噴嘴噴出，以極高的壓力和流速直接壓射到工件的切割部位。 51 水射流切割的特點(diǎn) ? 水射流切割與其他切割技術(shù)相此，具有以下特點(diǎn)： ①采用常溫切割，對(duì)材料不會(huì)造成結(jié)構(gòu)變化或熱變形．這對(duì)許多熱敏感材料的切割十分有利，這是鋸切、火焰切割、激光切割和等離子體切割所不能比擬的。 ④由于水射流切割的流體性質(zhì)，因此可從材料的任一點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行全方位切割，特別適宜復(fù)雜工件的切割．也便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。此外，在使用磨料水射流切割時(shí)，噴嘴磨損嚴(yán)重，有時(shí)一只硬質(zhì)合金噴嘴的使用壽命僅為 2— 4 h。 ③航空航天工業(yè)用水射流切割高級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料、鐵合金、鎳鈷高級(jí)合金和玻璃纖維增強(qiáng)塑料等。 。 ④鑄造廠(chǎng)或鍛造廠(chǎng)可采用水射流切割高效地對(duì)毛坯表層的型砂或氧化皮進(jìn)行清理。如石棉剎車(chē)片、橡膠基地毯，車(chē)內(nèi)裝璜材料和保險(xiǎn)杠等。 ? 水射流切割也有其局限性，整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜，初始投資大。 ③ 切口質(zhì)量較高，水射流切口的表面平整光滑、無(wú)毛刺，切口公差可達(dá)士 0． 06土 mm。 50 ? 如圖所示為帶有數(shù)控系統(tǒng)的雙噴嘴水射流切割設(shè)備。用于切割的水射流速度可達(dá) 500— 900 m/s. ? 如圖所示為帶有增壓器的水射流切割系統(tǒng)原理圖。 磨料水射流切割 利用帶有磨料的水射流對(duì)材料進(jìn)行切割的技術(shù)。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。 ③ 離子撞擊工件表面只產(chǎn)生微觀(guān)的作用力，宏觀(guān)上作用力很小。首先把氬 (Ar)、氪 (Kr)、氙 (Xe)等惰性氣體注入低真空（約 1Pa)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，接著用加速電極將離子呈束狀拉出并使之加速。 46 ? 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。 ? 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、通孔之外，還可以加工異形孔、錐孔、盲孔和窄縫等。 ? (4)電子束的束徑小 ,最小直徑可達(dá) — ，電子束長(zhǎng)度可達(dá)束徑的幾十倍 ,故能加工微細(xì)的深孔、窄縫等。在真空條件下，由電子槍旁熱陰極發(fā)射的電子，在高電壓 (80200kV)作用下被加速到很高的速度 (1/2一 1／ 3光速 )，然后通過(guò)電子透鏡聚焦形成高能量密度 (1000一 10000kW／ m㎡ )的電子束。 3 5 5 7 7 7 8 5 43 ? 當(dāng)電子束沖擊到工件時(shí)， 在極短的時(shí)間內(nèi)使受沖擊部位的溫度升高到幾千攝氏度以上，足以使任何材料瞬間熔化、氣化。它還能透過(guò)玻璃切割真空管內(nèi)的燈絲，這是任何機(jī)械加工所難以達(dá)到的。 ? ①激光表面熱處理 ? 功率密度約為 10 一 10 W／ c㎡ ，便可實(shí)現(xiàn)表面淬火。 ? ④激光可以通過(guò)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)，因此可用于精密微細(xì)加工。 41 （ 2） 激光加工的特點(diǎn) ? ①
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