2. 超声波加工装置
① 超声波发生器:将工频交流电转变为具有一定功率的超声频电振荡。 ② 换能器:把超声频电振荡转变为超声频机械振动。
③ 振幅扩大棒(变幅杆):将换能器产生的小振幅(0.005~ 0.01mm),转变为能满足超声波加工要求的振幅(0.01~0.1mm)。
常用的变幅杆有锥形(扩大5~10倍)、指数曲线形(扩大10~20倍)和阶梯形(扩大20倍以上)三种。 原理是:因为通过变幅杆的每一截面的振动能量是不变的,所以随着截面积的减小,振幅就会增大。
④ 工具:为避免工具受到大的破坏,其材料不宜过脆;为不使变幅杆共振频率降低,其重量不宜过大,一般用45钢。
⑤ 磨料悬浮液(磨料液):由工作液和磨料混合而成。常用的工作液有水、煤油等。常用的磨料有碳化硅、碳化硼、金刚砂等。
3. 超声波加工特点
① 适宜加工各种硬脆材料,特别是某些非金属,如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石和金刚石等。 ② 易于制造复杂形状的工具以加工复杂的型孔,但效率比电火花加工低; ③ 切削力小,切削热少,且可加工薄壁、窄缝及低刚度工件。
4. 超声波加工应用
① 型孔和型腔加工:加工圆孔的直径范围为? 0.1~ ? 90mm,最大深度达100~400mm ② 切割加工:例如切割硅单晶片,工具为0.127mm厚的软钢片。
四、激光加工 1. 激光加工原理
(1)激光的特性
① 单色性好:光的波长或频率趋于一个确定数值。
② 方向性好:光的发散角极小,聚焦后光斑直径可小于0.01mm。 ③ 亮度高:比太阳表面的亮度高二百多亿倍。
激光束通过光学系统聚焦成? 0.01mm或更小的光斑,获得108w/cm2~1010w/cm2的能量密度和10000℃的局部高温,使被加工材料迅速熔化和气化,熔化物以冲击波形式喷射出去,实现打孔和切割。
2. 激光加工特点
① 加工能量密度高,可加工任何硬度的金属和非金属材料,包括纸张、布匹、木材、陶瓷、石英、金刚石等;
② 能聚焦成极小光斑,可进行细微和精密加工,如细微窄缝和微孔等; ③ 可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔室或其他地点进行加工;
④ 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。
3. 激光加工应用
① 激光打孔:用于加工金刚石拉丝模、发动机燃料喷嘴、化学纤维喷丝头、仪表宝石轴承等小孔和微孔。
加工直径0.01mm左右的孔,深径比可达5以上;加工直径0.1~0.13mm的孔,深径比可达30。
② 激光切割:可切割钢板、钛板、石英、陶瓷、塑料、木材等。切割金属材料的厚度可达10mm左右,切割非金属材料可达数十毫米。
③ 激光其他加工:激光还可用于打标、封装、动平衡去重以及对精密零件进行刻线等。
五、电子束加工 1. 电子束加工原理
在真空条件下,由电子枪射出的高速电子束经聚焦后轰击工件表面,形成局部高温,使材料瞬时熔化和气化,以去除材料进行加工。
它主要靠电子束动能转化为热能进行加工,电子束聚焦最小直径可达0.1mm,能量密度可达106~109w/cm2,可在几千分之一秒内使被轰击的工件材料达到数千摄氏度的高温。
2. 电子束加工装置
1) 电子枪 ① 阴极:发出电子束
② 控制栅极:控制电子束强弱并初步聚焦 ③ 加速阳极:驱使电子束加速
2) 真空系统:避免发射阴极和被加工表面在高温下氧化。
只有在高真空中,电子才能高速运动 3) 控制系统:
① 电子束流聚焦系统:用电磁透镜靠磁场聚焦,提高束流能量密度。
② 电子束流位置控制:用电磁线圈靠磁场偏转控制束流方向。
③ 电子束流强度控制:在阴极上加上50~150kv以上的高压(即加速电压),使束流得到更大的运动速度。 ④ 工作台位移控制:用伺服电机控制工作台平面移动,保证加工面在电子束偏转范围内。
3. 电子束加工特点
① 可聚焦到极细束流(1~0.1mm)进行微细加工;
② 可加工具有各种力学性能的导体、半导体、非导体材料; ③ 在真空中进行,污染少,加工表面不易氧化; ④ 需要专门设备和复杂的真空系统,价格昂贵。
4. 电子束加工应用
① 高速加工微细小孔:孔径多在?0.025~?1之间,最小孔径可达0.003mm,深径比可达10。效率极高,一般3000个/秒,最高可达50000个/秒。
② 加工异形孔和特殊型面:可加工异形孔、二维曲面、弯槽和弯孔。 ③ 刻蚀:可在硅片上刻出宽2.5?m,深0.25?m的细槽。
[教学后记]:
先进制造技术--第十次教案
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