【正文】 工技術(shù) 圖 712 激光焊接過程示意圖 12341— 激光； 2— 被焊接零件；3— 被熔化金屬； 4— 已冷卻的熔池第七章 其他特種加工技術(shù) 圖 713 激光表面強(qiáng)化處理應(yīng)用實(shí)例 淬硬表面淬硬表面( a ) 圓錐表面 ( b ) 鑄鐵凸輪軸表面第七章 其他特種加工技術(shù) 5) 激光表面處理 當(dāng)激光的功率密度約為 103～ 105 W/cm2時(shí) ， 便可實(shí)現(xiàn)對鑄鐵 、 中碳鋼 ， 甚至低碳鋼等材料進(jìn)行激光表面淬火 。 淬火層深度一般為 ～ mm， 淬火層硬度比常規(guī)淬火約高 20%。 激光淬火變形小 ， 還能解決低碳鋼的表面淬火強(qiáng)化問題 。 圖 713為激光表面淬火處理應(yīng)用實(shí)例 。 第七章 其他特種加工技術(shù) 超聲波加工技術(shù) 1． 超聲波加工的原理與特點(diǎn) 1) 加工原理 超聲波加工是利用振動(dòng)頻率超過 16 000 Hz的工具頭 ， 通過懸浮液磨料對工件進(jìn)行成型加工的一種方法 ，其加工原理如圖 714所示 。 第七章 其他特種加工技術(shù) 圖 714 超聲波加工原理圖 加工力工具工件振動(dòng)方向磨料＋工作液 工具振幅第七章 其他特種加工技術(shù) 當(dāng)工具以 16 000 Hz以上的振動(dòng)頻率作用于懸浮液磨料時(shí) ，磨料便以極高的速度強(qiáng)力沖擊加工表面；同時(shí)由于懸浮液磨料的攪動(dòng) ， 使磨粒以高速度拋磨工件表面；此外 ， 磨料液受工具端面的超聲振動(dòng)而產(chǎn)生交變的沖擊波和 “ 空化現(xiàn)象 ” 。所謂空化現(xiàn)象 ， 是指當(dāng)工具端面以很大的加速度離開工件表面時(shí) ， 加工間隙內(nèi)形成負(fù)壓和局部真空 ， 在磨料液內(nèi)形成很多微空腔；當(dāng)工具端面以很大的加速度接近工件表面時(shí) ， 空泡閉合 ， 引起極強(qiáng)的液壓沖擊波 ， 從而使脆性材料產(chǎn)生局部疲勞 ， 引起顯微裂紋 。 第七章 其他特種加工技術(shù) 這些因素使工件的加工部位材料粉碎破壞，隨著加工的不斷進(jìn)行，工具的形狀就逐漸 “ 復(fù)制 ” 在工件上。由此可見，超聲波加工是磨粒的機(jī)械撞擊和拋磨作用以及超聲波空化作用的綜合結(jié)果，磨粒的撞擊作用是主要的。因此，材料愈硬脆，愈易遭受撞擊破壞，愈易進(jìn)行超聲波加工。 2) 特點(diǎn) 超聲波加工的主要特點(diǎn)如下： (1) 適合于加工各種硬脆材料 ， 特別是某些不導(dǎo)電的非金屬材料 ， 例玻璃 、 陶瓷 、 石英 、 硅 、 瑪瑙 、 寶石 、 金剛石等 。也可以加工淬火鋼和硬質(zhì)合金等材料 ， 但效率相對較低 。 (2) 由于工具材料硬度很高 ， 故易于制造形狀復(fù)雜的型孔 。 第七章 其他特種加工技術(shù) (3) 加工時(shí)宏觀切削力很小 ， 不會(huì)引起變形 、 燒傷 。 表面粗糙度 Ra值很小 ， 可達(dá) μm， 加工精度可達(dá) ～ mm， 而且可以加工薄壁 、 窄縫 、 低剛度的零件 。 (4) 加工機(jī)床結(jié)構(gòu)和工具均較簡單 ， 操作維修方便 。 (5) 生產(chǎn)率較低 。 這是超聲波加工的一大缺點(diǎn) 。 第七章 其他特種加工技術(shù) 2. 超聲波加工設(shè)備 超聲波加工裝置如圖 715所示 。 盡管不同功率大小 、 不同公司生產(chǎn)的超聲波加工設(shè)備在結(jié)構(gòu)形式上各不相同 ， 但一般都由高頻發(fā)生器 、 超聲振動(dòng)系統(tǒng) (聲學(xué)部件 )、 機(jī)床本體和磨料工作液循環(huán)系統(tǒng)等部分組成 。 第七章 其他特種加工技術(shù) 圖 715 超聲波加工裝置 123456781— 冷卻器； 2— 磨料懸浮液抽出； 3— 工具；4— 工件； 5— 磨料懸浮液送出； 6— 變幅桿；7— 換能器； 8— 高頻發(fā)生器第七章 其他特種加工技術(shù) 1) 高頻發(fā)生器 高頻發(fā)生器即超聲波發(fā)生器 ， 其作用是將低頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩 ， 以供給工具往復(fù)運(yùn)動(dòng)和加工工件的能量 。 2) 聲學(xué)部件 聲學(xué)部件的作用是將高頻電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，并以波的形式傳遞到工具端面。聲學(xué)部件主要由換能器、振幅擴(kuò)大棒及工具組成。換能器的作用是把超聲頻電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)；振幅擴(kuò)大棒又稱變幅桿，其作用是將振幅放大。 第七章 其他特種加工技術(shù) 由于換能器材料伸縮變形量很小，在共振情況下也超不過 ～ mm，而超聲波加工卻需要 ～ mm的振幅，因此必須用上粗下細(xì) (按指數(shù)曲線設(shè)計(jì) )的變幅桿放大振幅。變幅桿應(yīng)用的原理是：因?yàn)橥ㄟ^變幅桿的每一截面的振動(dòng)能量是不變的，所以隨著截面積的減小，振幅就會(huì)增大。 變幅桿的常見形式如圖 716所示 ， 加工中工具頭與變幅桿相連 ， 其作用是將放大后的機(jī)械振動(dòng)作用于懸浮液磨料對工件進(jìn)行沖擊 。 工具材料應(yīng)選用硬度和脆性不很大的韌性材料 ， 如 45鋼 ， 這樣可以減少工具的相對磨損 。 工具的尺寸和形狀取決于被加工表面 ， 它們相差一個(gè)加工間隙值 (略大于磨料直徑 )。 第七章 其他特種加工技術(shù) ( a ) 錐形 ( b ) 指數(shù)形 ( c ) 階梯形圖 716 幾種形式的變幅桿 第七章 其他特種加工技術(shù) 3) 機(jī)床本體和磨料工作液循環(huán)系統(tǒng) 超聲波加工機(jī)床的本體一般很簡單 ， 包括支撐聲學(xué)部件的機(jī)架 、 工作臺(tái)面以及使工具以一定壓力作用在工件上的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等；磨料工作液是磨料和工作液的混合物 。 常用的磨料有碳化硼 、 碳化硅 、 氧化硒或氧化鋁等；常用的工作液是水 ， 有時(shí)用煤油或機(jī)油 。 磨料的粒度大小取決于加工精度 、 表面粗糙度及生產(chǎn)率的要求 。 第七章 其他特種加工技術(shù) 3． 超聲波加工的應(yīng)用 超聲波加工的生產(chǎn)率雖然比電火花 、 電解加工等低 ， 但其加工精度和表面粗糙度都比它們好 ， 而且能加工半導(dǎo)體 、 非導(dǎo)體的脆硬材料 ， 如玻璃 、 石英 、 寶石 、 鍺 、 硅甚至金剛石等 。 在實(shí)際生產(chǎn)中 ， 超聲波廣泛應(yīng)用于型 (腔 )孔加工 (如圖 717所示 )、 切割加工 (如圖718所示 )、 清洗 (如圖 719所示 )等方面 。 第七章 其他特種加工技術(shù) 圖 717 超聲波加工的型孔、腔孔類型 ( a ) 加工圓孔 ( b ) 加工型腔 ( c ) 加工異形孔 ( d ) 套料加工 ( e ) 加工微細(xì)孔第七章 其他特種加工技術(shù) 圖 718 超聲波切割加工 1234 54321( a ) 超聲切割單晶硅片示意圖1— 變幅桿； 2— 工具 ( 薄鋼片 ) ；3— 磨料液； 4— 工件 ( 單晶硅 )( b ) 刀具1— 變幅桿； 2— 焊縫； 3— 鉚釘；4— 導(dǎo)向片； 5— 軟鋼刀片( c ) 切割成的陶瓷模塊第七章 其他特種加工技術(shù) 圖 719 超聲波清洗裝置 1234567891— 清洗槽；2— 變幅桿；3— 壓緊螺釘；4— 壓電陶瓷換能器；5— 鎳片 ( ＋ ) ；6— 鎳片 ( － ) ；7— 接線螺釘；8— 墊圈；9— 鋼墊塊第七章 其他特種加工技術(shù) 其他常用特種加工技術(shù) 電子束加工 1. 加工原理 電子束加工是利用高速電子的沖擊動(dòng)能來加工工件的 ， 如