【正文】 工。 ? (2)加工速度快，一般厚度為 mm的工件 ,打孔時間為 10μ S至數秒；切割厚度為 1 mm的鋼板 ,速度可達240mm／ min。 ? (3)非接觸加工 ,不存在工具磨耗問題，對工件無機械切削力作用 ,而且加工時間極短，所以工件無變形。 ? (4)電子束的束徑小 ,最小直徑可達 — ，電子束長度可達束徑的幾十倍 ,故能加工微細的深孔、窄縫等。 ? (5)加工點上化學純度高。 由于是在真空中加工，可防止氧化而產生雜質，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體材料。 45 ? (6)可控制性能好： 通過磁場或電場即可控制電子束的強度，進行聚焦和調節(jié)焦點位置，并可采用計算機進行控制。 ? 電子束加工已實際應用于不銹鋼、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。 ? 電子束與氣體分子碰撞時，會產生能量損失和散射，所以電子束加工一般在高真空度的工作室內進行。并且由于使用高電壓，會產生較強的 x射線，必須采取相應的安全防護措施。由此而限制了它的應用，除特定的需要，一般為激光加工所代替。 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，同時采取掩膜等措施．也可對工件表面進行微細的濺射去除加工。 ? 離子束濺射去除加工的機理不同于電子束加工，它是一種無熱加工，離子與工件材料原子之間的碰撞接近于彈性碰撞。在碰撞過程中，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生濺射、拋出，其余能量轉變?yōu)椴牧暇Ц竦恼駝幽堋? 離子束加工的基本原理、特點及應用 圖為離子束加工原理示意圖。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。然后離子束進入高真空 (約 104Pa）的加工室，并用靜電透鏡聚成細束向工件表面沖擊，從工件表面打出原子或分子，從而達到濺射去除加工的目的。 47 離子束加工具有如下特點 ： ① 離子束光斑直徑可以聚焦到 1μ m內，離子束流密度和離子的能量可以精確控制，并且可以通過離子光學系統(tǒng)進行掃描，因此能夠進行微細加工，并能精密地控制加工效果。 ② 離子束加工是在真空中進行的，污染少，特別適合于易氧化的金屬、合金和半導體材料的加工。 ③ 離子撞擊工件表面只產生微觀的作用力，宏觀上作用力很小。因此加工應力很小，工件不變形，適合于脆性，半導體和高分子材料的加工。 離子束濺射去除加工，可以對材料實現(xiàn)納米級加工自至分子級、原子級加工，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到極限的程度。主要用于精微的穿孔、蝕刻、切割、銑削、研磨和拋光。例如集成電路、聲表面器件、磁泡器件、超導器件、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。 48 ? 五、水射流切割技術 ? 20世紀 60年代，研發(fā)了利用水為工具的一種加工技術 —— 水射流切割 (WaterJet Cutting， WJC)。 ? 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材料進行切割的技術。 ? 水射流切割技術由于單純利用水射流切割，切割力較小，適宜切割軟材料．噴嘴壽命長。 磨料水射流切割 利用帶有磨料的水射流對材料進行切割的技術。 ? 而磨料水射流切割由于混有磨料，切割力大，適宜切割硬材料，但噴嘴磨損快，壽命短。 49 水射流切割原理 ? 水射流切割是利用高速高壓的液流對工件的沖擊作用來去除材料的。 ? 使水獲得壓力能的方式有兩種：一種是直接采用高壓水泵供水，壓力可達到 35— 60MPa；另一種是采用水泵和增壓器，可獲得100一 1000 MPa的超高壓和 0． 5— 251 ml／ s的較小流量。用于切割的水射流速度可達 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。經過濾的水流經水泵后通過增壓缸增壓，蓄能器可使脈沖的液流平穩(wěn)。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。當射流的壓強超過材料的抗拉強度時便可切割材料。 50 ? 如圖所示為帶有數控系統(tǒng)的雙噴嘴水射流切割設備。 ? 在世界各國，各制造廠家已經安裝的水射流切割裝置已超過 2500套，而且其年增長率可望達到 20%，評論家預言，將來的制造廠家會把重點放在高壓水上，就像他們今天普遍采用空氣和蒸汽一樣。 51 水射流切割的特點 ? 水射流切割與其他切割技術相此，具有以下特點： ①采用常溫切割，對材料不會造成結構變化或熱變形．這對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。 ’ ②切割力強，可切割 180 mm厚的鋼板和 250 mm厚的鈦板等。 ③ 切口質量較高，水射流切口的表面平整光滑、無毛刺，切口公差可達士 0． 06土 mm。同時切口可窄至 ，可節(jié)省大量的材料消耗，尤其對貴重材料更為有利。 ④由于水射流切割的流體性質，因此可從材料的任一點開始進行全方位切割，特別適宜復雜工件的切割．也便于實現(xiàn)自動控制。 ⑤ 由于屬濕性切割，切割中產生的 (屑末 )混入液體中，工作環(huán)境清潔衛(wèi)生，也不存在火災與爆炸危險。 ? 水射流切割也有其局限性，整個系統(tǒng)比較復雜，初始投資大。如一臺 5自由度自動控制式水射流設備，其價格可高達 10一 50萬美元。此外，在使用磨料水射流切割時，噴嘴磨損嚴重，有時一只硬質合金噴嘴的使用壽命僅為 2— 4 h。 52 水射流切割的應用 ①汽車制造與維修業(yè)采用水射流切割技術加工各種非金屬材料。如石棉剎車片、橡膠基地毯，車內裝璜材料和保險杠等。 ②造船業(yè)用水射流切割各種合金鋼板 (厚度可達 150 mm)，以及塑料、紙板等其他非金屬材料。 ③航空航天工業(yè)用水射流切割高級復合結構材料、鐵合金、鎳鈷高級合金和玻璃纖維增強塑料等。可節(jié)省 25％的材料和 40％的勞動力，并大大提高勞動生產率。 ④鑄造廠或鍛造廠可采用水射流切割高效地對毛坯表層的型砂或氧化皮進行清理。 ⑤水射流技術不但可用于切割，而且可對金屬或陶瓷基復合材料、鐵合金和陶瓷等高硬材料進行車削、銑削等加工。