【正文】 束光子照射該物體，而光子的能量恰好等于這兩個能級相對應(yīng)的能量差，這時就能產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能，發(fā)出頻率 v= (En E1)/h 的單色性好的光，這就是激光。 55 激光加工的設(shè)備 激光加工的基本設(shè)備包括激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)及機(jī)械系統(tǒng)等四大部分。圖 5－ 2所示為激光加工裝置結(jié)構(gòu)方框圖。 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 56 1．激光器 激光器是激光加工的重要設(shè)備，它把電能轉(zhuǎn)變成光能，產(chǎn)生激光束。 激光器按工作物質(zhì)的種類可分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器四大類。表 5－ 1列出了激光加工中常用激光器的主要性能特點(diǎn)。 57 表 5－ 1 常用激光器的性能、特點(diǎn)及用途 58 2．激光器電源 激光器電源為激光器提供所需要的能量及控制功能。 3．光學(xué)系統(tǒng) 光學(xué)系統(tǒng)包括激光聚焦系統(tǒng)和觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，前者用于激光束聚焦，后者能觀察和調(diào)整激光束的焦點(diǎn)位置，并將加工位置在投影儀上顯示。 4．機(jī)械系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng)主要包括床身、能在三坐標(biāo)范圍內(nèi)移動的工作臺及機(jī)電控制系統(tǒng)等。目前，許多激光加工機(jī)已采用計(jì)算機(jī)來控制工作臺的移動，實(shí)現(xiàn)激光加工的數(shù)控操作。 激光加工機(jī)的種類也越來越多，完善程度不同，結(jié)構(gòu)形式也不單一。圖 5－ 3所示為某固體激光加工機(jī)的外形示意圖。 59 第 6章 電子束和離子束加工 電子束加工 離子束加工 60 電子束加工 電子束加工的原理及特點(diǎn) 如圖 6－ 1所示，電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高 (106～ 109W/cm2) 的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小面積上，在極短的時間（幾分之一微秒）內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽贡粵_擊部分的工件材料達(dá)到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化和汽化，再用真空系統(tǒng)抽走汽化的材料的加工方法。 這種利用電子束熱效應(yīng)的加工稱為電子束熱加工。 61 電子束加工的應(yīng)用 電子束打孔已在生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用，目前最小直徑可達(dá)。打孔的速度主要取決于板厚和孔徑，孔的形狀復(fù)雜時還取決于電子束掃描速度 (或偏轉(zhuǎn)速度 )以及工件的移動速度。通常每秒可加工幾十到幾萬個孔。例如，噴氣發(fā)動機(jī)套上的冷卻孔，機(jī)翼的吸附屏的孔，不僅孔的密度連續(xù)變化，孔數(shù)達(dá)數(shù)百萬個，而且有時還要改變孔徑，此時最宜用電子束高速打孔。高速打孔可在工件運(yùn)動中進(jìn)行。例如，在 ，速度為 3000孔每秒。 62 離子束加工 離子束加工的原理及特點(diǎn) 離子束加工的原理和電子束加工的原理基本類似，也是在真空條件下，將 離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速聚焦，使之打到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬倍，如氬離子的質(zhì)量是電子的 ，所以一旦離子加速到較高速度時，離子束比電子束具有更大的撞擊動能，它是靠微觀的機(jī)械撞擊能量，而不是靠動能轉(zhuǎn)化為熱能來加工的。 63 高速電子在撞擊工件材料時，因電子質(zhì)量小、速度大，動能幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱能，使工件材料局部熔化、汽化，它主要是通過熱效應(yīng)進(jìn)行加工的。而離子本身質(zhì)量較大，速度較低，撞擊工件材料時，將產(chǎn)生變形、分離、破壞等機(jī)械作用。例如，加速到幾十電子伏到幾千電子伏時，主要用于離子濺射加工；如果加速到 1萬到幾萬電子伏，且離子入射方向與工件表面成 25176。 ~30176。 ，則離子可將工件表面的原子或分子撞擊出去，以實(shí)現(xiàn)離子銑削、離子蝕刻或離子拋光等；當(dāng)加速到幾十萬電子伏或更高時，離子可穿入工件材料內(nèi)部，稱為離子注入。 64 離子束加工的裝置 （掌握） 離子束加工裝置與電子束加工裝置類似，它也包括離子源、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等部分。主要的不同部分是離子源系統(tǒng)。 常用的離子源有考夫曼型離子源和雙等離子管型離子源。 離子源用以產(chǎn)生離子束流。產(chǎn)生離子束流的基本原理和方法是使離子電離。具體方法是把要電離的氣態(tài)原子 (惰性氣體或金屬蒸汽 )注入電離室，經(jīng)高頻放電、電弧放電、等離子體放電或電子轟擊，使氣態(tài)原子電離為等離子體。等離子體是多種離子的集合體，其中有帶電粒子和不帶電粒子，在宏觀上呈電中性。采用一個相對于等離子體為負(fù)電位的電極 (吸極 )，將離子由等離子體中引出而形成離子束流，而后使其加速射向工件或靶材。 65 第 7章 超聲波加工 超聲波加工的原理及特點(diǎn) 超聲波加工的設(shè)備及其組成部分 超聲波加工的工藝參數(shù)及其影響因素 超聲波加工的應(yīng)用 66 超聲波加工的原理及特點(diǎn) 超聲波簡介 聲波是人耳能感受到的一種縱波，它的頻率在 16～16000Hz范圍內(nèi)。當(dāng)頻率超過 16000Hz 就稱為超聲波。超聲波和聲波一樣，可以在氣體、液體和固體等介質(zhì)中傳播。由于超聲波頻率高、波長短、能量大，因此傳播時反射、折射、共振及損耗等現(xiàn)象顯著。超聲波主要具有下列性質(zhì)： 67 既然超聲波加工中磨粒的撞擊作用是主要的作用力，因此就 不難理解，越是脆硬的材料，受撞擊作用遭受的破壞愈大，愈易加工。相反，脆性和硬度不大的韌性材料，由于它的緩沖作用而難以加工 。 68 超聲振動系統(tǒng) 超聲換能器的作用是將高頻電能 (16000Hz以上的交流電 )轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l率的機(jī)械振蕩 (超聲波 )。 目前，可利用壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)兩種方法實(shí)現(xiàn)這一目的。 1)壓電效應(yīng)超聲換能器 石英晶體、鈦酸鋇以及鋯鐵酸鉛等物質(zhì)在受到機(jī)械壓縮或拉伸變形時，在它們兩對面的介面上將產(chǎn)生一定的電荷，形成一定的電勢；反之，在它們的兩對面上加以一定的電壓，則將產(chǎn)生一定的機(jī)械變形，如圖 7－ 4 16000Hz 以上的交變電壓，則該物質(zhì)產(chǎn)生高頻的伸縮變形，使周圍的介質(zhì)作超聲振動。為了獲得最大的超聲波強(qiáng)度，應(yīng)使晶體處于共振狀態(tài)，故晶體片厚度應(yīng)為超聲波半個波長的整數(shù)倍。 69 超聲清洗 超聲清洗的原理 主要基于超聲頻振動在液體中產(chǎn)生的交變沖擊波和空化作用。超聲波在清洗液 (汽油、煤油、酒精、丙酮或水等 )中傳播時，液體分子往復(fù)高頻振動，產(chǎn)生正、負(fù)交變的沖擊波，當(dāng)聲波達(dá)到一定數(shù)值時，液體中急劇生長微小空化氣泡并瞬時強(qiáng)烈閉合，產(chǎn)生的微沖擊波使被清洗物表面的污物遭到破壞，并從被清洗表面脫落下來。即使是被清洗物上的窄縫、細(xì)小深孔、彎孔中的污物，也很易被清洗干凈。所以，超聲清洗被廣泛用于對噴油嘴、噴絲板、微型軸承、儀表齒輪、手表機(jī)芯、印制電路板、集成電路微電子器件等的清洗，可獲得很高的凈化度。圖 7－ 18所示為超聲清洗裝置示意圖。 70 第 8章 快速成形技術(shù) 光敏樹脂液相固化成形 選擇性激光粉末燒結(jié)成形 薄片分層疊加成形 熔絲堆積成形