【正文】 粉碎成很細的微粒脫落下來。當(dāng)工具端面再以很大的加速度接近工件表面時，空腔閉合，從而形成可以強化加工過程的液壓沖擊波，這種現(xiàn)象稱為 “ 超聲空化 ” 。 34 （ 2） 超聲波加工的特點 ? ① 超聲波加工適宜加工各種硬脆材料，尤其是利用電火花和電解難以加工的不導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料。對于韌性好的材料，由于它對沖擊有緩沖作用而難以加工，因此可用作工具材料，如45鋼常被選作工具材料。尺寸精度可達 mm，表面租糙度 Ra可達 0． 1— 0． 8 mm。但若需要加工復(fù)雜精密的三維結(jié)構(gòu)，仍需設(shè)計制造三坐標數(shù)控超聲波加工機床。更重要的是，它能加工前者所難以加工的半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。 36 （ 3）超聲波清洗 ? 由于超聲波在液體中會產(chǎn)生交變沖擊波和超 聲空化現(xiàn)象，這兩種作用的強度達到一定值時，產(chǎn)生的微沖擊就可以使被清洗物表面的污漬遭到破壞并脫下來。目前，超聲波清洗不但用于機械零件或電子器件的清洗，也用于醫(yī)療器皿如生理鹽水瓶、葡萄糖水瓶的清洗。 （ 2）切割加工 鍺 Ge，硅 Si等半導(dǎo)體材料又硬又脆，用機械切割非常困難，采用超聲波切割則十分有效，如圖。此時被焊工件表層的分子在高速振動撞擊下，摩擦生熱并親和焊接在一起。 ? 超聲波的應(yīng)用范圍十分廣泛，利用其定向發(fā)射、反射等特性，可以用于測距和無損檢測，還可以利用超聲振動制作醫(yī)療用的超聲手術(shù)刀。 激 光加工 激 光加工是 20世紀 60年代發(fā)展起來的一種新技術(shù)。由于它利用高能光束進行加工，加工速度快，變形小，可以加工各種金屬和非金屬材料，在生產(chǎn)實踐中不斷顯示出它的優(yōu)越性，因而，泛用于打孔、切割、焊接、表面熱處理以及信息存儲等許多領(lǐng)城。它的光強度高，方向性、相干性和單色性好，通過光學(xué)系統(tǒng)可將激光束聚焦成直徑為幾十微米到幾微米的極小光斑，從而獲得極高的能量密度 (10 10 W／ c㎡ )。隨著激光能量的不斷吸收，材料凹坑內(nèi)的金屬蒸汽迅速膨脹，壓力突然增大，熔融物爆炸式地高速噴射出來，在工件內(nèi)部形成方向性很強的沖擊波。 8 10 40 ? 如圖是固體激光器中激光的產(chǎn)生和工作原理圖。此時一旦有少量激發(fā)粒子發(fā)生受激輻射躍遷，造成光放大，再通過諧振腔內(nèi)的全反射鏡和部分反射鏡的反饋作用產(chǎn)生振蕩，就會由諧振腔的一端輸出激光。固體激光器中常用的工作物質(zhì)除了 釔鋁石榴石 外，還有 紅寶石 和 銣玻璃 等材料。 ? ②激光加工無明顯機械力，也不存在工具損耗問題。 ? ③激光可通過玻璃等透明材料進行加工，如對真空管內(nèi)部進行焊接等。 ? ⑤可以達到 mm的平均加工精度和 0． 001 mm的最高加工精度，表面粗糙度 Ra可達 0． 1— 0． 4 μ m。 42 (3) 激光加工的應(yīng)用 ? 激光加工的主要參數(shù)為激光的功率密度，激光的波長和輸出的脈寬，激光照射在工件上的時間以及工件對能量的吸收等。淬火層的深度一般為 mm，淬火層的硬度比常規(guī)淬火約高 20％，產(chǎn)生的變形小，并能對低碳鋼的表面淬火強化。 ? ③激光切割 ? 功率密度約為 10 一 10 W／ c㎡ , 可以切割金屬材料，非金屬材料。 ? ④激光打孔 ? 功率密度一般為 10 10 c㎡ .它主要應(yīng)用于在特殊零件或特殊材料上加工孔。激光打孔的效率很高。 從而達到材料去除加工的目的。 ? 電子束加工的基本原理、特點及應(yīng)用 圖是電子束加工原理的示意圖。 44 ? 電子束加工具有如下特點 ： ? （ 1） 對任何材料都能進行加工，與材料的強度無關(guān) ，能達到使材料氣化，都能用電子束進行加工。 ? (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。 ? (5)加工點上化學(xué)純度高。 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(diào)節(jié)焦點位置，并可采用計算機進行控制。 ? 電子束與氣體分子碰撞時，會產(chǎn)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(nèi)進行。由此而限制了它的應(yīng)用，除特定的需要，一般為激光加工所代替。 ? 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。 離子束加工的基本原理、特點及應(yīng)用 圖為離子束加工原理示意圖。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。 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(dǎo)體材料的加工。因此加工應(yīng)力很小，工件不變形，適合于脆性，半導(dǎo)體和高分子材料的加工。主要用于精微的穿孔、蝕刻、切割、銑削、研磨和拋光。 48 ? 五、水射流切割技術(shù) ? 20世紀 60年代，研發(fā)了利用水為工具的一種加工技術(shù) —— 水射流切割 (WaterJet Cutting， WJC)。 ? 水射流切割技術(shù)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。 ? 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。 ? 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。經(jīng)過濾的水流經(jīng)水泵后通過增壓缸增壓，蓄能器可使脈沖的液流平穩(wěn)。當(dāng)射流的壓強超過材料的抗拉強度時便可切割材料。 ? 在世界各國，各制造廠家已經(jīng)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(yù)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。 ’ ②切割力強，可切割 180 mm厚的鋼板和 250 mm厚的鈦板等。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。 ⑤ 由于屬濕性切割，切割中產(chǎn)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(zāi)與爆炸危險。如一臺 5自由度自動控制式水射流設(shè)備，其價格可高達 10一 50萬美元。 52 水射流切割的應(yīng)用 ①汽車制造與維修業(yè)采用水射流切割技術(shù)加工各種非金屬材料。 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?？晒?jié)省 25％的材料和 40％的勞動力，并大大提高勞動生產(chǎn)率。 ⑤水射流技術(shù)不但可用于切割，而且可對金屬或陶瓷基復(fù)合材料、鐵合金和陶瓷等高硬材料進行車削、銑削