超聲波加工激光加工

超聲波加工激光加工第一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一超聲波加工的機(jī)理與特點(diǎn)頻率超過(guò)16000Hz的聲波稱為超聲波超聲波加工的機(jī)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)生的第二頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一超聲波的特性超聲波能傳遞很強(qiáng)的能量當(dāng)超聲波經(jīng)過(guò)液體介質(zhì)傳播時(shí)，將以極高的頻率壓迫液體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，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(fù)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(guò)不同介質(zhì)時(shí)，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(huì)產(chǎn)生波的干涉和共振現(xiàn)象第三頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一利用超聲波的特性進(jìn)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(dòng)，通過(guò)磨料懸浮液加工脆硬材料的超聲加工是磨粒在超聲振動(dòng)作用下的機(jī)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(jìn)行超聲加工。而選擇工具材料時(shí)則應(yīng)使之既能撞擊磨拉，又不致使自身受到破壞第四頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一超聲加工原理圖第五頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一超聲波發(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(jī)械振動(dòng)。變幅桿----將振幅放大到0.0l—0.15mm，再驅(qū)動(dòng)工具端面作超聲振動(dòng)。懸浮液---工具與工件間不斷注入磨料懸浮液，當(dāng)工具端面以超聲頻沖擊磨料時(shí)，磨料再?zèng)_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(xì)的微粒脫落下來(lái)。第六頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一加工精度高、表面粗糙度小、加工質(zhì)量好工具和工件無(wú)需復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，超聲加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工件表面宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱很小，不會(huì)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(diǎn)工具可用軟材料，易制成復(fù)雜形狀第七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一超聲加工設(shè)備包括超聲發(fā)生器、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)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(jī)床第八頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一超聲波發(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(dòng)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(duì)共振頻率自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)微調(diào)的功能；還要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格便宜、體積小等有電子管式、晶體管式第九頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一超聲振動(dòng)系統(tǒng)將高頻電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，使工具端面作高頻率小振幅的振動(dòng)以進(jìn)行加工壓電陶瓷換能器第十頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一磁致伸縮換能器——鎳棒長(zhǎng)度應(yīng)等于超聲波半波長(zhǎng)或其整數(shù)倍，使之處于共振狀態(tài)（20kHz的換能器，其長(zhǎng)度為125mm）第十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一幾種變幅桿聲學(xué)頭的固定——選擇振幅為零的波節(jié)點(diǎn)第十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一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(shí)也用煤油或機(jī)油磨料常用碳化硼、碳化硅或氧化鋁等第十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一１.加工速度及其影響因素加工速度指單位時(shí)間內(nèi)去除材料的多少，以mm3/min或g/min為單位來(lái)表示。影響加工速度的因素主要有工具的振幅和頻率、進(jìn)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)律第十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一（１）工具振幅和頻率的影響過(guò)大的振幅和過(guò)高的頻率會(huì)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(shí)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(dá)到較高的加工速度。第十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一（２）進(jìn)給壓力的影響加工時(shí)工具對(duì)工件應(yīng)有一個(gè)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給壓力。壓力過(guò)小時(shí)，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(duì)工件的錘擊力；壓力增大，間隙減少，當(dāng)間隙減少到一定程度則會(huì)降低磨料與工作液的循環(huán)更新速度，從而降低生產(chǎn)率。第十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一（３）磨料種類和粒度的影響加工時(shí)針對(duì)不同強(qiáng)度的工件材料可選擇不同的磨料。磨料強(qiáng)度愈高，加工速度愈快，但要考慮價(jià)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。第十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一（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。第十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一（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(shí)可能造成加工區(qū)局部沒(méi)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(yùn)動(dòng)和對(duì)工件的撞擊運(yùn)動(dòng)受到影響，又會(huì)導(dǎo)致加工速度降低。第十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一２.加工精度及其影響因素超聲波的加工精度，除了機(jī)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(dòng)大小、加工深度、被加工材料性質(zhì)有關(guān)。第二十頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一３.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(huì)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(huì)得到明顯改善，因?yàn)楸砻娲植诙戎抵饕Q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。第二十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一加工型孔、型腔主要用于對(duì)脆硬材料加工圓孔、型孔、型腔、套料、微細(xì)孔等超聲波加工的應(yīng)用加工圓孔、加工型腔第二十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一加工異形孔、套料加工、加工微細(xì)孔第二十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一切割加工用普通機(jī)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第二十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一成批切槽刀具切割成的陶瓷模塊第二十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一復(fù)合加工用超聲加工與其它加工方法相結(jié)合進(jìn)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)合加工小孔第二十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一超聲波焊接利用高頻振動(dòng)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(gè)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(xué)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

第二十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一超聲波清洗主要基于超聲振動(dòng)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(jī)芯、印刷電路板、集成電路微電子器件等超聲清洗裝置第二十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一四、激光加工激光加工是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。利用光能經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后達(dá)到很高的能敏密度，依靠光熱效應(yīng)來(lái)加工各種材料。由于它利用高能光束進(jìn)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(shí)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(chǔ)等許多領(lǐng)城。第二十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一

工作原理激光器工件工作臺(tái)光闌反射鏡聚焦鏡電源無(wú)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)第三十頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一激光分類：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(jí)市場(chǎng)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(dá)500mW。用于熱核聚變實(shí)驗(yàn)的激光可發(fā)射出時(shí)間極短但能量極高的激光脈沖，其脈沖功率竟可達(dá)10～14W，這激光可產(chǎn)生達(dá)一億度的高溫，引發(fā)微粒狀的氘-氚燃料進(jìn)行熱核聚變。第三十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一激光加工應(yīng)用吸收激光材料加熱熔化與汽化第三十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一

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(diǎn)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(kāi)加工機(jī)進(jìn)行加工，可透過(guò)透明材料加工，可在其他加工方法不易達(dá)到的狹小空間進(jìn)行加工。加工精度較高：非接觸加工方式，熱變形小，。

可進(jìn)行微細(xì)加工：激光聚焦后焦點(diǎn)直徑理論上可小至1μ以下，實(shí)際上可實(shí)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(jìn)行打孔和切割，也可進(jìn)行焊接、熱處理等工作。

激光加工可控性好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。加工設(shè)備昂貴。激光加工特點(diǎn)第三十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一激光淬火技術(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(diǎn)以上。當(dāng)激光移開(kāi)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(diǎn)以下，獲得淬硬層。硬度、強(qiáng)度、耐磨性第三十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一齒圈周向螺旋掃描激光淬火齒輪軸激光表面淬火卷曲機(jī)大面積激光相變軸轂激光表面淬火第三十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一激光表面處理影響：疲勞強(qiáng)度耐腐蝕性耐磨性等第三十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一激光表面融凝技術(shù)激光融覆技術(shù)雜質(zhì)、氣孔、化合物釋放出來(lái)基層表面添加熔覆材料第三十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一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(guò)熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)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(yùn)動(dòng)后，熔池中的熔融金屬隨之凝固，形成連接兩塊材料的焊縫第三十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一

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(diǎn)：沒(méi)有焊渣，不需去除工件氧化膜，可實(shí)現(xiàn)不同材料之間的焊接，特別適宜微型機(jī)械和精密焊接。第三十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一當(dāng)激光束照射到工件表面時(shí)，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點(diǎn)處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴(kuò)散，使斑點(diǎn)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(gè)方向性很強(qiáng)的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個(gè)上大下小的孔。激光打孔第四十頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一

◎焦點(diǎn)位置對(duì)孔的質(zhì)量影響：若焦點(diǎn)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(jìn)行加工。如果焦點(diǎn)位置偏離加工表面1mm，可以進(jìn)行加工，此時(shí)加工出孔的斷面形狀隨焦點(diǎn)位置不同而發(fā)生變化。焦點(diǎn)位置對(duì)孔形狀影響激光打孔第四十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一激光切割

◎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