1、 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术5.1 激光加工技术激光加工技术5.2电子束和离子束加工电子束和离子束加工5.3超声波加工技术超声波加工技术 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术5.1 激光加工技术激光加工技术1.1.激光的特性激光的特性 1) 1) 强度高强度高 2)2)单色性好单色性好 3 3）相干性好）相干性好 4)4)方向性好方向性好 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术 激光加工示意图1234561激光器；2激光束；3全反射棱镜；4聚焦物镜；5工件；6工作台1234561激光器；2激光束；3全反射棱镜；
2、4聚焦物镜；5工件；6工作台2. 2. 激光加工的原理与特点激光加工的原理与特点1) 1) 激光加工的原理激光加工的原理 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术(1) (1) 几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。(2) (2) 激光能聚焦成极小的光斑。激光能聚焦成极小的光斑。(3) (3) 可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其它地点可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其它地点进行加工。进行加工。(4) (4) 加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。(5
3、) (5) 无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。效率高，加工变形和热变形小。2) 2) 激光加工的特点激光加工的特点 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术1) 1) 激光器激光器2) 2) 导光聚焦系统导光聚焦系统3) 3) 激光加工系统激光加工系统3.激光加工基本设备及其组成部分4.激光加工的应用1 1）激光打孔）激光打孔2) 2) 激光切割激光切割3) 激光打标激光打标4) 激光焊接激光焊接5) 激光表面处理激光表面处理 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术平面镜激光束辅助气体钛
4、合金喷嘴聚焦透镜激光器图5-2 CO2气体激光器切割钛合金示意图 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术图5-3 振镜式激光打标原理激光束光束准直振镜Y轴马达透镜 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术图5-4 激光焊接过程示意图12341激光；2被焊接零件；3被熔化金属；4已冷却的熔池12341激光；2被焊接零件；3被熔化金属；4已冷却的熔池 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术图5-5 激光表面强化处理应用实例淬硬表面淬硬表面(a) 圆锥表面(b) 铸铁凸轮轴表面 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术5.2 电子束和离子束加工电子束和离子束加工一、电子束
5、加工一、电子束加工 1. 1. 加工原理加工原理电子枪系统聚焦系统电子束工件抽真空系统电源及控制系统 电子束加工原理电子束加工原理 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术2 2特点与应用特点与应用电子束加工的特点如下：电子束加工的特点如下：1)1)电子束能够极其微细地聚焦电子束能够极其微细地聚焦( (可达可达l l0.1 m) 0.1 m) 。2)2)加工材料的范围广。加工材料的范围广。3)3)加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。4)4)电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较贵
6、，故在生产中受到一定程度的限制。贵，故在生产中受到一定程度的限制。 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术图5-13 电子束加工的喷丝头异形孔0.030.07 mm 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术图5-14 电子束加工曲面、穿孔1323(a)(b)(c)(d)1工件；2工件运动方向；3电子束 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术二、二、离子束加工离子束加工1 1加工原理加工原理离子束加工也是一种新兴的特种加工，它的加工原理离子束加工也是一种新兴的特种加工，它的加工原理与电子束加工原理基本类似，也是在真空条件下，将离与电子束加工原理基本类似，也是在真空条件下，将
7、离子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面的子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面的加工部位以实现加工的。加工部位以实现加工的。 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。离子时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。离子束加工可分为四类。束加工可分为四类。1) 1) 离子刻蚀离子刻蚀 2) 2) 离子溅射沉积离子溅射沉积3) 3) 离子镀离子镀( (又称离子溅射辅助沉积又称离子溅射辅助沉积) )4) 4) 离子注入离子注入 第五章第五章 其他特种加工技术其他
8、特种加工技术 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术2 2特点及应用特点及应用离子束加工有如下特点：离子束加工有如下特点：(1) (1) 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。加工。(2) (2) 离子束加工在高真空中进行，污染少。离子束加工在高真空中进行，污染少。(3) (3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用。的，是一种微观作用。 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术5.3 超声波加工技术超声波加工技术1
9、 1超声波加工的原理与特点超声波加工的原理与特点1) 1) 加工原理加工原理加工力工具工件振动方向磨料工作液工具振幅 超声波加工原理图 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术 2) 2) 特点特点(1) (1) 适合于加工各种硬脆材料。也可以加工淬火钢和硬质合金等适合于加工各种硬脆材料。也可以加工淬火钢和硬质合金等材料。材料。(2)(2)由于工具可用较软的材料、做成较复杂的形状由于工具可用较软的材料、做成较复杂的形状。(3) (3) 加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。(4) (4) 加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。加工机床结构
10、和工具均较简单，操作维修方便。(5) (5) 生产率较低。生产率较低。 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术2. 2. 超声波加工设备超声波加工设备123456781冷却器；2磨料悬浮液抽出；3工具；4工件；5磨料悬浮液送出；6变幅杆；7换能器；8高频发生器 超声波加工装置 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术1) 高频发生器 2) 声学部件 (a) 锥形(b) 指数形(c) 阶梯形几种形式的变幅杆几种形式的变幅杆3) 机床本体和磨料工作液循环系统 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术3 3超声波加工的应用超声波加工的应用超声波加工的生产率虽然比电火花、电解超声波
11、加工的生产率虽然比电火花、电解加工等低，但其加工精度和表面粗糙度都比它加工等低，但其加工精度和表面粗糙度都比它们好，而且能加工半导体、非导体的脆硬材料，们好，而且能加工半导体、非导体的脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、锗、硅甚至金刚石等。如玻璃、石英、宝石、锗、硅甚至金刚石等。在实际生产中，超声波广泛应用于型在实际生产中，超声波广泛应用于型( (腔腔) )孔加孔加工、切割加工、清洗等方面。工、切割加工、清洗等方面。 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术超声波加工的型孔、腔孔类型(a) 加工圆孔(b) 加工型腔(c) 加工异形孔(d) 套料加工(e) 加工微细孔 第五章第五章 其他特种加工
12、技术其他特种加工技术超声波切割加工 123454321(a) 超声切割单晶硅片示意图1变幅杆；2工具(薄钢片)；3磨料液；4工件(单晶硅)(b) 刀具1变幅杆；2焊缝；3铆钉；4导向片；5软钢刀片(c) 切割成的陶瓷模块 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术超声波清洗装置1234567891清洗槽；2变幅杆；3压紧螺钉；4压电陶瓷换能器；5镍片()；6镍片()；7接线螺钉；8垫圈；9钢垫块 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术a1a2a3r1(a) 型腔A1A2A3R1R2r2(b) 电极复复 习习 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术电极的水平尺寸可用下式确定：
13、a=AKb 式中：a电极水平方向的尺寸；A型腔的水平方向的尺寸；K与型腔尺寸标注法有关的系数；b电极单边缩放量，粗加工时，b=1+2+0 a=AKb中的号和K值的具体含义如下：(1) 凡图样上型腔凸出部分，其相对应的电极凹入部分的尺寸应放大，即用“+”号；反之，凡图样上型腔凹入部分，其相对应的电极凸出部分的尺寸应缩小，即用“-”号。 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术A4A3a3a4a5A5A6a6bA2a2a1A1 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术(2) K值的选择原则：当图中型腔尺寸完全标注在边界上(即相当于直径方向尺寸或两边界都为定形边界)时，K取2；一端以中心
14、线或非边界线为基准(即相当于半径方向尺寸或一端边界定形另一端边界定位)时，K取1；对于图中型腔中心线之间的位置尺寸(即两边界为定位尺寸)以及角度值和某些特殊尺寸，电极上相对应的尺寸不增不减，K取0。对于圆弧半径，亦按上述原则确定。根据以上叙述，在上图中，电极尺寸a与型腔尺寸A有如下关系：a1=A1，a2=A2-2b，a3=A3-b，a4=A4，a5=A5-b，a6=A6+b 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术 线切割线切割3B3B代码程序格式代码程序格式 线切割加工轨迹图形是由直线和圆弧组成的，它们的3B程序指令格式如下表所示。表表3B3B程序指令格式程序指令格式B X B Y B
15、 J G Z 分隔符 X 坐标值 分隔符 Y 坐标值 分隔符 计数长度 计数方向 加工指令 注：B为分隔符，它的作用是将X、Y、J数码区分开来；X、Y直线的终点或圆弧起点的坐标值；J为加工线段的计数长度；G为加工线段计数方向；Z为加工指令。 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术用用3B3B代码编制加工图所示的线切割加工程序。已知代码编制加工图所示的线切割加工程序。已知线切割加工用的电极丝直径为线切割加工用的电极丝直径为0.18 mm0.18 mm，单边放电间隙，单边放电间隙为为0.01 mm0.01 mm，图中，图中A A点为穿丝孔，加工方向沿点为穿丝孔，加工方向沿A AB BC CD DE EF FG GH HA A进行。进行。GFEDCBHA80340R20(a) 零件图(b) 钼丝轨迹图GFHBACDE 第五章第五章 其他特种加工技术其他特种加工技术 某厂用某厂用NaCl电解液电解加工一批零件，要求在电解液电解加工一批零件，要求在64mm厚的低碳钢板上加工厚的低碳钢板上加工25mm的通孔。已知中的通孔。已知中空电极内孔直径为空电极内孔直径为13.5mm，每个孔限，每个孔限5min加工加工完，求需用多大电流？如电解电流用完，求需用多大电流？如电解电流用5000A，则电，则电解时间需多少？解时间需多少？
