超聲波加工,激光加工

三、超聲波加工人耳能感受到的聲波頻率在16—16000Hz范圍內(nèi)，當聲波頻率超過16000Hz時，就是超聲波。超聲波特點：頻率高，波長短，能量強度大超聲波加工的機理與特點頻率超過16000Hz的聲波稱為超聲波超聲波加工的機理超聲波是由壓電晶片（如石英、鈦酸鋇等）的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的超聲波的特性超聲波能傳遞很強的能量當超聲波經(jīng)過液體介質(zhì)傳播時，將以極高的頻率壓迫液體質(zhì)點振動，在液體介質(zhì)中連續(xù)地形成壓縮和稀疏區(qū)域，由于液體基本上不可壓縮，由此產(chǎn)生壓力正、負交變的液壓沖擊和空化現(xiàn)象，從而引起固體物質(zhì)分散、破碎等效應(yīng)通過不同介質(zhì)時，在界面上發(fā)生波速突變，產(chǎn)生波的反射和折射現(xiàn)象在一定條件下，會產(chǎn)生波的干涉和共振現(xiàn)象利用超聲波的特性進行加工的工藝稱為超聲加工超聲加工是利用工具端面作超聲振動，通過磨料懸浮液加工脆硬材料的超聲加工是磨粒在超聲振動作用下的機械撞擊和拋磨作用以及超聲空化作用的綜合結(jié)果，磨粒的撞擊作用是主要的超聲加工是基于局部撞擊作用，因此越是脆硬的材料，越易進行超聲加工。而選擇工具材料時則應(yīng)使之既能撞擊磨拉，又不致使自身受到破壞超聲加工原理圖超聲波發(fā)生器---產(chǎn)生超聲頻電振蕩。換能器---把聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌曨l的機械振動。變幅桿----將振幅放大到0.0l—0.15mm，再驅(qū)動工具端面作超聲振動。懸浮液---工具與工件間不斷注入磨料懸浮液，當工具端面以超聲頻沖擊磨料時，磨料再沖擊工件，迫使加工區(qū)域內(nèi)的工件材料不斷被粉碎成很細的微粒脫落下來。加工精度高、表面粗糙度小、加工質(zhì)量好工具和工件無需復(fù)雜的相對運動，超聲加工機床結(jié)構(gòu)簡單工件表面宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱很小，不會引起變形和燒傷

適合加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料超聲波加工的特點工具可用軟材料，易制成復(fù)雜形狀超聲加工設(shè)備包括超聲發(fā)生器、超聲振動系統(tǒng)、機床本體和磨料工作液循環(huán)系統(tǒng)超聲波加工裝置的構(gòu)成及關(guān)鍵部件CSJ-2型超聲加工機床超聲波發(fā)生器將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，以提供工具端面往復(fù)振動和去除被加工材料的能量基本要求：輸出功率和頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，最好能具有對共振頻率自動跟蹤和自動微調(diào)的功能；還要求結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜、體積小等有電子管式、晶體管式超聲振動系統(tǒng)將高頻電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，使工具端面作高頻率小振幅的振動以進行加工壓電陶瓷換能器磁致伸縮換能器——鎳棒長度應(yīng)等于超聲波半波長或其整數(shù)倍，使之處于共振狀態(tài)（20kHz的換能器，其長度為125mm）幾種變幅桿聲學頭的固定——選擇振幅為零的波節(jié)點磨料工作液及其循環(huán)系統(tǒng)磨料可以靠人工輸送和更換，也可利用小型離心泵注入工作液常用的是水；為了提高表面質(zhì)量，有時也用煤油或機油磨料常用碳化硼、碳化硅或氧化鋁等１.加工速度及其影響因素加工速度指單位時間內(nèi)去除材料的多少，以mm3/min或g/min為單位來表示。影響加工速度的因素主要有工具的振幅和頻率、進給壓力、磨料的種類和粒度、被加工材料、磨料懸浮液的濃度。超聲波加工的工藝規(guī)律（１）工具振幅和頻率的影響過大的振幅和過高的頻率會使工具和變幅桿承受很大的內(nèi)應(yīng)力，振幅一般在0.01～0.1mm之間，頻率在16000～25000Hz之間。在實際加工中需根據(jù)不同工具調(diào)至共振頻率，以獲得最大振幅，從而達到較高的加工速度。（２）進給壓力的影響加工時工具對工件應(yīng)有一個適當?shù)倪M給壓力。壓力過小時，工具端面與工件加工表面間的間隙增大，從而減少了磨料對工件的錘擊力；壓力增大，間隙減少，當間隙減少到一定程度則會降低磨料與工作液的循環(huán)更新速度，從而降低生產(chǎn)率。（３）磨料種類和粒度的影響加工時針對不同強度的工件材料可選擇不同的磨料。磨料強度愈高，加工速度愈快，但要考慮價格成本。加工寶石、金剛石等超硬材料，必須選用金剛石；加工淬火鋼、硬質(zhì)合金，應(yīng)選用碳化硼；加工玻璃、石英和硅、鍺等半導(dǎo)體材料，選用氧化鋁磨料。（４）被加工材料的影響被加工材料愈硬脆，則承受沖擊載荷的能力愈低，愈易被去除加工，反之，韌性愈好，愈不易加工。（５）磨料懸浮液濃度的影響磨料懸浮液濃度低，加工間隙內(nèi)的磨粒少，特別是在加工面積大、深度較大時可能造成加工區(qū)局部沒有磨料，使加工速度大大降低。磨料濃度的增加，加工速度也增加，但濃度太高，磨粒在加工區(qū)域內(nèi)的循環(huán)運動和對工件的撞擊運動受到影響，又會導(dǎo)致加工速度降低。２.加工精度及其影響因素超聲波的加工精度，除了機床、夾具精度影響外，主要與磨料粒度、工具精度及其磨損情況、工具橫向振動大小、加工深度、被加工材料性質(zhì)有關(guān)。３.表面質(zhì)量的影響超聲波加工具有良好的表面質(zhì)量，不會產(chǎn)生表面變質(zhì)層和燒傷，其表面粗糙度主要與磨粒尺寸、超聲波振幅大小和工件材料硬度有關(guān)。磨粒尺寸愈小，超聲振幅愈小，工件材料越硬，生產(chǎn)率愈低，表面粗糙度愈會得到明顯改善，因為表面粗糙度值主要取決于每顆磨粒每次錘打工件材料所留下的凹痕的大小和深淺。加工型孔、型腔主要用于對脆硬材料加工圓孔、型孔、型腔、套料、微細孔等超聲波加工的應(yīng)用加工圓孔、加工型腔加工異形孔、套料加工、加工微細孔切割加工用普通機械加工切割脆硬的半導(dǎo)體材料很困難，采用超聲切割較為有效超聲切割單晶硅片成批切槽刀具切割成的陶瓷模塊復(fù)合加工用超聲加工與其它加工方法相結(jié)合進行復(fù)合加工，以提高加工速度和表面質(zhì)量超聲電解復(fù)合加工小孔超聲波焊接利用高頻振動產(chǎn)生的撞擊能量，去除工件表面的氧化膜雜質(zhì)，露出新鮮的本體，在兩個被焊工件表面分子的撞擊下，親和、熔化并粘接在一起

可以焊尼龍、塑料制品，特別是表面易產(chǎn)生氧化層的難焊接金屬材料，如鋁制品等；此外，利用超聲波化學鍍工藝還可以在陶瓷等金屬表面掛錫、掛銀及涂覆熔化的金屬薄層

超聲波清洗主要基于超聲振動在液體中產(chǎn)生的交變沖擊波和空化作用清洗噴油嘴、噴絲板、微型軸承、儀表齒輪、手表機芯、印刷電路板、集成電路微電子器件等超聲清洗裝置四、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)。利用光能經(jīng)過透鏡聚焦后達到很高的能敏密度，依靠光熱效應(yīng)來加工各種材料。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。工作原理激光器工件工作臺光闌反射鏡聚焦鏡電源無論是哪一種激光加工的方法，都要將一定功率激光束聚焦于被加工物體上，使激光與物質(zhì)相互作用。一般都是利用激光的熱效應(yīng)激光分類：以能量劃分，激光可大致可分為三類：低能量激光：以氣體為激光介質(zhì)，例如在超級市場中常用的條形碼掃描儀，就是用氦氣和氖氣作為激光介質(zhì)的；中能量激光：例如在課堂上用的激光指示器；高能量激光：一般用半導(dǎo)體作為激光介質(zhì)，輸出的功率可高達500mW。用于熱核聚變實驗的激光可發(fā)射出時間極短但能量極高的激光脈沖，其脈沖功率竟可達10～14W，這激光可產(chǎn)生達一億度的高溫，引發(fā)微粒狀的氘-氚燃料進行熱核聚變。激光加工應(yīng)用吸收激光材料加熱熔化與汽化

加工材料范圍廣：適用于加工各種金屬材料和非金屬材料，特別適用于加工高熔點材料，耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料。

加工性能好：工件可離開加工機進行加工，可透過透明材料加工，可在其他加工方法不易達到的狹小空間進行加工。加工精度較高：非接觸加工方式，熱變形小，。

可進行微細加工：激光聚焦后焦點直徑理論上可小至1μ以下，實際上可實現(xiàn)φ0.01mm的小孔加工和窄縫切割。

加工速度快，效率高。激光加工不僅可以進行打孔和切割，也可進行焊接、熱處理等工作。

激光加工可控性好，易于實現(xiàn)自動控制。加工設(shè)備昂貴。激光加工特點激光淬火技術(shù)是利用聚焦后的激光束照射到鋼鐵材料表面，使其溫度迅速升高到相變點以上。當激光移開后，由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導(dǎo)熱作用，使表層快速冷卻到馬氏體相變點以下，獲得淬硬層。硬度、強度、耐磨性齒圈周向螺旋掃描激光淬火齒輪軸激光表面淬火卷曲機大面積激光相變軸轂激光表面淬火激光表面處理影響：疲勞強度耐腐蝕性耐磨性等激光表面融凝技術(shù)激光融覆技術(shù)雜質(zhì)、氣孔、化合物釋放出來基層表面添加熔覆材料激光焊接激光輻射能量作用于材料表面并轉(zhuǎn)化為熱量，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴散，使材料融化，在兩材料連接區(qū)的部分形成熔池。在激光束向前運動后，熔池中的熔融金屬隨之凝固，形成連接兩塊材料的焊縫

激光焊接

◎激光焊接所需能量密度較低，因不需將材料氣化蝕除，而只要將工件的加工區(qū)燒熔使其粘合在一起。

◎優(yōu)點：沒有焊渣，不需去除工件氧化膜，可實現(xiàn)不同材料之間的焊接，特別適宜微型機械和精密焊接。當激光束照射到工件表面時，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴散，使斑點周圍金屬熔化，小坑內(nèi)金屬蒸氣迅速膨脹，產(chǎn)生微型爆炸，將熔融物高速噴出并產(chǎn)生一個方向性很強的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個上大下小的孔。激光打孔

◎焦點位置對孔的質(zhì)量影響：若焦點與加工表面之間距離很大，則激光能量密度顯著減小，不能進行加工。如果焦點位置偏離加工表面1mm，可以進行加工，此時加工出孔的斷面形狀隨焦點位置不同而發(fā)生變化。焦點位置對孔形狀影響激光打孔激光切割

◎激光切割具有切縫窄、速度快、熱影響區(qū)小、省材料、成本低等優(yōu)點，并可以在任何方向上切割，包括內(nèi)尖角。

◎可以切割鋼板、不銹鋼、鈦、鉭、鎳等金屬材料，以及布匹、木材、紙張、塑料等非金屬材料。激光打標激光雕刻金屬雕激光雕刻瓷雕激光雕刻竹雕激光雕刻石