现代加工技术的资料全

. . . 电解加工：基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定形状和尺寸加工成型的一种工艺方法，称为电解加工。工艺条件其加工系统如图所示。但为了能实现尺寸、形状加工，还必须具备下列特定工艺条件： （1）工件阳极和工具阴极（大多为成型工具阴极）间保持很小的间隙（称作加工间隙），一般在0.1-1mm围。 （2）电解液从加工间隙中不断高速（6-30m/s）流过，以保证带走阳极溶解产物和电解电流通过电解液时所产生的热量，并去极化。 （3）工件阳极和工具阴极分别和直流电源（一般为10-24V）连接，在上述两项工艺条件下，则通过两极加工间隙的电流密度很高，高达10-100A/cm2数量级。 工艺特点电解加工的工艺特点 电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种 加工方法。加工时，工件接直流电源的正极，工具接负极，两极之间保持较小的间隙。电解 液从极间间隙中流过，使两极之间形成导电通路，并在电源电压下产生电流，从而形成电化 学阳极溶解。随着工具相对工件不断进给，工件金属不断被电解，电解产物不断被电解液冲 走，最终两极间各处的间隙趋于一致，工件表面形成与工具工作面基本相似的形状。 电解加工对于难加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工具有显著优势。目前，电解加工 已获得广泛应用，如炮管膛线，叶片，整体叶轮，模具，异型孔与异型零件，倒角和去毛刺 等加工。并且在许多零件的加工中，电解加工工艺已占有重要甚至不可替代的地位。 与其它加工方法相比，电解加工具有如下特点： （1）加工围广。电解加工几乎可以加工所有的导电材料，并且不受材料的强度、硬度、 韧性等机械、物理性能的限制，加工后材料的金相组织基本上不发生变化。它常用于加工硬 质合金、高温合金、淬火钢、不锈钢等难加工材料。 （2）生产率高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。电解加工能以简 单的直线进给运动一次加工出复杂的型腔、型面和型孔，而且加工速度可以和电流密度成比 例地增加。据统计，电解加工的生产率约为电火花加工的至 10 倍，在某些情况下，甚至可 以超过机械切削加工。 （3）加工质量好。可获得一定的加工精度和较低的表面粗糙度。 加工精度(mm)：型面和型腔为 0.050.20；型孔和套料为 0.030.05。 表面粗糙度(m):对于一般中、高碳钢和合金钢，可稳定地达到 Ra1.60.4，有些合金 钢可达到 Ra0.11。 （4）可用于加工薄壁和易变形零件。电解加工过程中工具和工件不接触，不存在机械切 削力，不产生残余应力和变形，没有飞边毛刺。 （5）工具阴极无损耗。在电解加工过程中工具阴极上仅仅析出氢气，而不发生溶解反应， 所以没有损耗。只有在产生火花、短路等异常现象时才会导致阴极损伤。 电解加工的局限性但是，事物总是一分为二的。电解加工也具有一定的局限性，主要表现为： （1）加工精度和加工稳定性不高。电解加工的加工精度和稳定性取决于阴极的精度和加 工间隙的控制。而阴极的设计、制造和修正都比较困难，阴极的精度难以保证。此外，影响 电解加工间隙的因素很多，且规律难以掌握，加工间隙的控制比较困难。 （2）由于阴极和夹具的设计、制造与修正困难，周期较长，因而单件小批量生产的成本 较高。同时，电解加工所需的附属设备较多，占地面积较大，且机床需要足够的刚性和防腐 蚀性能，造价较高。因此，批量越小，单件附加成本越高。激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。简介激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用激光束 对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。 某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这两个能相对应的差，这是就会产生受激辐射，输出大量的光能。 优点1、激光功率密度大，工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化，即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如瓷、金刚石等)也可用激光加工； 2、激光头与工件不接触，不存在加工工具磨损问题； 3、工件不受应力，不易污染； 4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳的材料加工； 5、激光束的发散角可小于1毫弧，光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级，因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工； 6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结 合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度； 7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方，可用机器人进行激光加工。 分类1、激光切割 激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。与传统的板材加工方法相比 , 激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。 相关产品： 红外激光器：DM20-1053 DM30-1053 DM40-1053 DM50-1053 紫外激光器：DS10E-351 DS20-351DS10E-355 DS20-355 DS10HE-355 DS20H-355 （1）激光熔化切割 在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。 激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参于切割。 激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。 最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料 的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。 产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢材料来说，在104W/cm²105 W/cm²之间。 （2） 激光火焰切割 激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反应使材料进一步加热。对于一样厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。 另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。 激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。 所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。 （3）激光气化切割 在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，此情况下需要非常高的激光功率。 为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。 该加工不能用于，象木材和某些瓷等，那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外，这些材料通常要达到更厚的切口。 在激光气化切割中，最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。 激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。 所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。 在板材厚度一定的情况下，假设有足够的激光功率，最大切割速度受到气体射流速度的限制。 2、激光焊接 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功地应用于微、小型零件焊接中。与其它焊接技术比较，激光焊接的主要优点是：激光焊接速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊的条件下进行焊接，焊接设备装置简单。 相关产品： 红外激光器：DM20-1053 DM30-1053 DM40-1053 DM50-1053 3、激光钻孔 随着电子产品朝着便携式、小型化的方向发展，对电路板小型化提出了越来越高的需求，提高电路板小型化水平的关键就是越来越窄的线宽和不同层面线路之间越来越小的微型过孔和盲孔。传统的机械钻孔最小的尺寸仅为100m ，这显然已不能满足要求，代而取之的是一种新型的激光微型过孔加工方式。目前用CO2激光器加工在工业上可获得过孔直径达到在30-40m的小孔或用UV 激光加工10m左右的小孔。目前在世界围激光在电路板微孔制作和电路板直接成型方面的研究成为激光加工应用的热点，利用激光制作微孔与电路板直接成型与其它加工方法相比其优越性更为突出，具有极大的商业价值。 4、激光打孔 采用脉冲激光器可进行打孔,脉冲宽度为0.11毫秒,特别适于打微孔和异形孔,孔径约为0.0051毫米。激光打孔已广泛用于钟表和仪表的宝石轴承、金刚石拉丝模、化纤喷丝 头等工件的加工。在造船、汽车制造等工业中,常使用百瓦至万瓦级的连续CO2激光器对大工件进行切割,既能保证精确的空间曲线形状,又有较高的加工效率。对小工件的切割常用中、小功率固体激光器或CO2激光器。在微电子学中，常用激光切划硅片或切窄缝，速度快、热影响区小。用激光可对流水线上的工件刻字或打标记，并不影响流水线的速度，刻划出的字符可永久保持。 5、激光微调 采用中、小功率激光器除去电子元器件上的部分材料，以达到改变电参数（如电阻值、电容量和谐振频率等）的目的。激光微调精度高、速度快，适于大规模生产。利用类似原理可以修复有缺陷的集成电路的掩模，修补集成电路存储器以提高成品率，还可以对陀螺进行精确的动平衡调节。 6、激光热处理 用激光照射材料，选择适当的波长和控制照射时间、功率密度，可使材料表面熔化和再结晶，达到淬火或退火的目的。激光热处理的优点是可以控制热处理的深度，可以选择和控制热处理部位，工件变形小,可处理形状复杂的零件和部件,可对盲孔和深孔的壁进行处理。例如，气缸活塞经激光热处理后可延长寿命；用激光热处理可恢复离子轰击所引起损伤的硅材料。 激光加工的应用围还在不断扩大，如用激光制造大规模集成电路，不用抗蚀剂，工序简单,并能进行0.5微米以下图案的高精度蚀刻加工，从而大大增加集成度。此外，激光蒸发、激光区域熔化和激光沉积等新工艺也在发展中。2.2 加工质量加工精度激光切割的加工精度是由加工机性能、光束品质、加工现象而决定的整体精度。 一、 关于尺寸变化 即使按照程序进行切割，也有加工产品无法满足精度要求的情况。所以需要根据不同的情况采取对策。 1.加工产品的全体尺寸有变化 这是由于切口上激光焦点直径和其周围燃烧区域形成的切口宽度所影响的。 虽然在一样条件下，对一样的加工物，使用同一偏置补偿值可以确保其精度，但是焦点位置的设定要凭借加工机操作人员的感觉来确定，而且热透镜作用也会造成焦点位置的变化，所以需要定期检查最佳的偏置补偿值。 2加工方向(部分)上的尺寸误差有差别 板材上部的尺寸精度与尺寸精度有不同的情况。这个现象要考虑两方面 的原因。首先，光束圆度和强度分布不均一，造成切口宽度沿加工方向有所不同。解决的方法是进行光轴调整或清洗光学部件。其次，被加工物受热膨胀会引起加工形状长方向尺寸变短的情况。 3翘曲引起的变化 尺寸精度虽然在要求围，但由于热变形等原因会造成发生翘曲。加工铝、铜、不锈钢等时非常显著，它受到线膨胀系数、热容量等物性的影响。就加工形状来说，纵横比越大，翘曲量就越大。采用低热量加工条件以与加工线路等在加工程序上下工夫，但还没有完全解决问题。 加工板件所拥有的残留应力对翘曲和尺寸误差也有影响，所以我们需要对加工程序始终保持一定的配置方向。 4间距精度变化 加工很多孔时，孔与孔之间的间距精度会出现偏差。由于在热膨胀情况下开孔，冷却收缩后，间距变小。我们可以在程序中补正收缩部分的精度或者灵活运用形状缩放功能。无论什么情况，都要在初期加工后，测定其加工尺寸，补误差。当间隔精度不随加工位置而变化，而是在整个加工区里都恶化时，其原因是机械精度的恶化而造成的。 5圆度变化 在激光加工中加工孔切割面产生坡度是无法避免的，下面直径比背面直径大，一般都评估背面稍小一侧的圆度。 实际操作1、穿孔的难度 在切割的开始部位加工开始加工所需要的孔称做穿孔。板越厚，穿孔就越不稳定。可以说，板厚大于12.Omm的厚板切割中，发生加工不良现象的70起因于穿孔不好。为了实施稳定的穿孔，在这里对穿孔的加工特性进行说明。 2、穿孔的原理 在穿孔过程中，贯通之前加工中产生的熔融金属堆积在被加工物表面上孔的周围。从发光后对被加工物表面加热过程，到缓慢加热进行穿孔作用，直至最后的贯通是连续进行的。这个方法，如果板件厚度大于9.Omm，则穿孔时间就会急剧增加，但是孔径约为0.5mm，比切口窄，热影响也小。因此，如果增加加工能力，加大输出能量，熔融金属就很难全部从孔径上部排出，出现过度燃烧现象。CW条件是在被加工物表面的略微上方设定焦点位置，增大加工孔径，迅速加热的方法。虽然出现大量熔融金属，飞散到被加工物表面上，但却大幅度缩短了加工时间。 在穿孔的孔壁上也会出现吸收激光能量的现象。在穿孔加工过程中，照射的激光在穿孔中多重反射，边被吸收边向下传播。为了缩短穿孔时间，就要补充被孔壁吸收而 被减弱的能量，即在穿孔过程中有必要增加输出功率。而且，为了减少对孔壁周围的热影响，要在增加输出功率的同时，尽可能的缩短穿孔时间，减少激光对孔壁周围的照射。 3、 对付穿孔中出现缺陷的四个原则 穿孔过程中出现缺陷时，有必要对各种现象进行原因分析和找出处理方法。 （1）缺陷发生的瞬间 要确认是在穿孔的过程中，还是在穿孔结束后开始切割时发生的缺陷。如果是穿孔过程中发生的，则根据穿孔开始或者穿孔过程中条件切换时的具体情况，来修正发生问题的输出功率和气压条件。如果缺陷发生在穿孔结束之前，那是因为贯通之前切换到切割条件，有必要延长穿孔时间。 如果切割开始时发生加工缺陷的现象，那是因为在孔的表面周围堆积的熔融金属部位难以通过，所以有必要在开始位置设定脉冲条件或低速条件。 （2）缺陷产生的位置 如果在加工平台的特定位置，集中出现穿孔缺陷，那是因为激光光轴和喷嘴中心偏离。这需要调整光路偏离。 如果穿孔位置过于集中或者是在切割线路的附近进行穿孔，由于加工位置温度过高，也会造成穿孔缺陷。 图3-3是将厚12.Omm的SS400板件作为被加工物，材料温度从常温变化到200，调查与加工缺陷之间关系的结果。数据是表示在各温度条件下进行50次穿孔，穿孔缺陷和切割缺陷的发生比例。温度越高，缺陷的发生率就越大。因此有必要研究加工顺序，改善程序尽量沿着尚未过热的线路进行穿孔和切割。 （3）发生穿孔不良的时间 随着加工时间的推移，加工不良的发生次数只见增加不见减少时，其原因可能是发振器故障引起的输出功率变动。如果增加冷却时间就能恢复的话，其原因可能是光学部件热透镜的作用引起的。这种情况下就需要维修光学部件，并与供应商联系。 （4）发生穿孔不良的材料 对于发生穿孔不良的材料，要确认过去是否进行过良好加工，确认记录很重要。如果有过去加工的记录，就不需要调整加工条件，可以认定是加工机和光学部件的缺陷，进行检查找出原因。 4、适当的穿孔条件 被加工物的厚度越厚，穿孔时间在整体加工时间中所占的比例就会增加，对缩短穿孔时间的要求就会提高。对穿孔时间缩短有效的加工条件参数是脉冲峰值输出功率和脉冲波形与平均输出功率。 5、 防止在对不锈钢进行穿孔时出现须状物 在切割不锈钢时，孔表面周围会留下飞散须状的金属熔渣，在镜面与条纹表面材料上会出现划伤。而且，须状金属熔渣与静电感应式加工头的喷嘴发生接触时，会出现对焦异常的报警。根据板件的薄厚程度，其相应的处理方法也不同，图3-6表示了其处理措施。图3-6a是板厚1.Omm的不锈钢穿孔结果，脉冲频率越大，金属熔渣就越少。图3-6b是板厚6.Omm的穿孔结果，设定的辅助气体压力高，就可减少金属熔渣。 6、 高反射材料穿孔时的注意事项 在切割铜、纯铝等高反射材料时，需要在被加工物表面涂抹光束吸收剂。光束吸收剂不仅有提高加工能力的效果，而且从安全的角度上也有抵制反射的作用。加工条件需要降低脉冲频率，提高脉冲峰值的每1个脉冲能量。而且通过增大气体压力，使熔融金属挤入板件部，提高加工能力的效果。 具体应用一、在服装行业的应用 因为激光加工工艺具有自动化程度高、加工精确高、速度快、效率高、操作简单方便等特点，适应了国际服装生产技术潮流所以激光加工技术以与设备正在以惊人的速度在服装行业得到推广和普与。 1、激光切割应用 激光切割过程中，不会使布料变形或起皱，激光切割尺寸精度高，激光切割形状可随着图稿进行任意更改，增加了设计的实用性和创造性。另外，激光切割技术是用“激光刀”代替金属刀，激光切割任何面料，能瞬间将切口熔化并凝固，缝隙小、精确度高达到自动“锁边”的功能。传统工艺用刀模切割或热加工，切口易脱丝、发黄、发硬。 2、激光雕刻应用 激光雕刻是利用软件技术，按设计图稿输入数据进行自动雕刻。激光雕刻是激光加工技术在服装行业中运用最成熟、最广泛的技 术，能雕刻任何复杂图形标志，还可以进行射穿的镂空雕刻和表面雕刻，从而雕刻出深浅不一、质感不同、具有层次感和过渡颜色效果的各种图案。 3、激光打标应用 激光打标具有打标精度高、速度快、标记清晰等特点。激光打标兼容了激光切割、雕刻技术的各种优点，可以在各种材料上进行精密加工，还可以加工尺寸小且复杂的图案，激光标记具有永不磨损的防伪性能。 激光加工在电子行业应用 二、在电子工业中的应用 激光加工技术属于非接触性加工方式，所以不产生机械挤压或机械应力，特别符合电子行业的加工要求。另外，还由于激光加工技术的高效率、无污染、高精度、热影响区小，因此在电子工业中得到广泛应用。 1、激光划片 激光划技术是生产集成电路的关键技术，其划线细、精度高(线宽为15-25m，槽深5-200m)、加工速度快(可达200mm/s)，成品率达 99.5%以上。集成电路生产过程中，在一块基片上要制备上千个电路，在封装前要把它们分割成单个管芯。传统的方法是用金刚石砂轮切割，硅片表面因受机械力而产生辐射状裂纹。用激光划线技术进行划片，把激光束聚焦在硅片表面，产生高温使材料汽化而形成沟槽。通过调节脉冲重叠量可精确控制刻槽深度，使硅片很容易沿沟槽整齐断开，也可进行多次割划而直接切开。由于激光被聚焦成极小的光斑，热影响区极小，切划50m深的沟槽时，在沟槽边25m的地方温升不会影响有源器件的性能。激光划片是非接触加工，硅片不会受机械力而产生裂纹。因此可以达到提高硅片利用率、成品率高和切割质量好的目的。还可用于单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池的划片以与硅、锗、砷化稼和其他半导体衬底材料的划片与切割。 2、激光微调激光微调技术可对指定电阻进行自动精密微调，精度可达0.01%一0.002%，比传统方法的精度和效率高，成本低。集成电路、传感器中的电阻是一层电阻薄膜，制造误差达上15一20%，只有对之进行修正，才能提高那些高精度器件的成品率。激光可聚焦成很小的光斑，能量集中，加工时对邻近的元件热影响极小，不产生污染，又易于用计算机控制，因此可以满足快速微调电阻使之达到精确的预定值的目的。加工时将激光束聚焦在电阻薄膜上，将物质汽化。微调时首先对电阻进行测量，把数据传送给计算机，计算机根据预先设计好的修调方法指令光束定位器使激光按一定路径切割电阻，直至阻值达到设定值，同样可以用激光技术进行片状电容的电容量修正与混合集成电路的微调。优越的定位精度，使激光微调系统在小型化精密线形组合信号器件方面提高了产量和电路功能。 3、激光打标激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标有雕刻和掩模成像两种方式:掩模式打标用激光把模版图案成像到工件表面而烧蚀出标记。雕刻式打标是一种高速全功能打标系统。激光束经二维光学扫描振镜反射后经平场光学镜头聚焦到工件表面，在计算机控制下按设定的轨迹使材料汽化，可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，激光标记是永久性的，不易磨损，这对产品的防伪有特殊的意义。已大量用在给电子元器件、集成电路打商标型号、给印刷电路板打编号等。近年来紫外波段激光技术发展很快，由于材料在紫外波激光作用下发生电子能带跃迁，打破或削弱分子间的结合键，从而实现剥蚀加工，加工边缘十分齐整，因此在激光标记技术中异军突起，尤其受到微电子行业的重视。电火花加工 ： 简介电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。 编辑本段发明与发展由联学者发明1943年，联学者拉扎连科夫妇研究发明电火花加工，之后随着脉冲电源和控制系统的改进，而迅速发展起来。最初使用的脉冲电源是简单的电阻-电容回路。 50年代初改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低。 随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得以提高。 60年代中期出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调围。70年代：出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。编辑本段工作原理：进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。 在放电的微细通道中瞬时集量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。 紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。 在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。 工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。 工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。 编辑本段分类：按照工具电极的形式与其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类：利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。编辑本段使用说明：电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。 电火花加工的主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。 编辑本段电火花加工特点1：电火花加工速度与表面质量 模具在电火花机加工一般会采用粗、中、精分档加工方式。粗加工采用大功率、低损耗的实现，而中、精加工电极相对损耗大，但一般情况下中、精加工余量较少，因此电极损耗也极小，可以通过加工尺寸控制进行补偿，或在不影响精度要求时予以忽略。 2：电火花碳渣与排渣 电火花机加工在产生碳渣和排除碳渣平衡的条件下才能顺利进行。实际中往往以牺牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工时采用高电压，大休止脉波等等。另一个影响排除碳渣的原因是加工面形状复杂，使排屑路径不畅通。唯有积极开创良好排除的条件，对症的采取一些方法来积极处理。 3：电火花工件与电极相互损耗 电火花机放电脉波时间长，有利于降低电极损耗。电火花机粗加工一般采用长放电脉波和大电流放电，加工速度快电极损耗小。在精加工时，小电流放电必须减小放电脉波时间，这样不仅加大了电极损耗，也大幅度降低了加工速度。 电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。 随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。 编辑本段电火花加工的特点如下：1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。 2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散围小，材料受热影响围小。 3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。 4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。 基于上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项： 1) 制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。 2) 加工小孔、畸形孔以与在硬质合金上加工螺纹螺孔。 3) 在金属板材上切割出零件。 4) 加工窄缝。 5) 磨削平面和圆面。 6) 其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。超声加工： 编辑本段超声加工历史1927年，美国物理学家伍德和卢米斯最早作了超声加工试验，利用强烈的超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔，但当时并未应用在工业上；1951年，美国的科恩制成第一台实用的超声加工机。 二十世纪50年代中期，日本、联将超声加工与电加工(如电火花加工和电解加工等)、切削加工结合起来，开辟了复合加工的领域。这种复合加工的方法能改善电加工或金属切削加工的条件，提高加工效率和质量。1964年，英国又提出使用烧结或电镀金刚石工具的超声旋转加工的方法，克服了一般超声加工深孔时，加工速度低和精度差的缺点。 编辑本段超声加工的工作原理超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。 编辑本段超声波焊接原理通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能与时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续，有些许保压时间，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料本体强度。编辑本段超音波的熔焊应用方法一、 熔接法： 以超音波超高频率振动的焊头在适度压力下，使二块塑胶的接合面产生磨擦热而瞬间熔融接合，焊接强度可与本体媲美，采用合适的工件和合理的接口设计，可达到水密与气密，并免除采用辅助品所带来的不便，实现高效清洁的熔接。 二、 铆焊法： 将超音波超高频率振动的焊头，压着塑胶品突出的梢头，使其瞬间发热融成为铆钉形状，使不同材质的材料机械铆合在一起。 三、 埋植： 藉着焊头之传道与适当之压力，瞬间将金属零件（如螺母、螺杆等）挤入预留入塑胶孔，固定在一定深度，完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具成型之强度，可免除射出模受损与射出缓慢之缺点。 四、 成型： 本方法与铆焊法类似，将凹状的焊头压着于塑胶品外圈，焊头发出超音波超高频振动后将塑胶溶融成形而包覆于金属物件使其固定，且外观光滑美观、此方法多使用在电子类、喇叭之固定成形，与化妆品类之镜片固定等。 五、 点焊： A、 将二片塑胶分点熔接无需预先设计焊线，达到熔接目的。 B、 对比较大型工件，不易设计焊线的工件进行分点焊接，而达到熔接效果，可同时点焊多点。 六、 切割封口： 运用超音波瞬间发振工作原理，对化纤织物进行切割，其优点切口光洁不开裂、不拉丝。 编辑本段超声加工的主要特点不受材料是否导电的限制；工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件；被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或强度、韧性越大则越难加工；由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料；可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。 超声加工主要用于各种硬脆材料，如玻璃、石英、瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。 超声打孔的孔径围是0.190毫米，加工深度可达100毫米以上，孔的精度可达0.020.05毫米。表面粗糙度在采用W40碳化硼磨料加工玻璃时可达1.25O.63微米，加工硬质合金时可达0.630.32微米。 超声加工机一般由由电源(即超声发生器)、振动系统(包括超声换能器和变幅杆)和机床本体三部分组成。 超声发生器将交流电转换为超声频电功率输出，功率由数瓦至数千瓦，最大可达10千瓦。通常使用的超声换能器有磁致伸缩的和电致伸缩的两类。磁致伸缩换能器又有金属的和铁氧体的两种，金属的通常用于千瓦以上的大功率超声加工机；铁氧体的通常用于千瓦以下的小功率超声加工机。电致伸缩换能器用压电瓷制成，主要用于小功率超声加工机。 变幅杆起着放大振幅和聚能的作用，按截面积变化规律有锥形、指数曲线形、悬链线形、阶梯形等。机床本体一般有立式和卧式两种类型，超声振动系统则相应地垂直放置和水平放置。水射流加工水射流加工技术起源 “水滴石穿”体现了在人们眼中秉性柔弱的水本身潜在的威力，然而，作为一项独立而完整的加工技术，高压水射流(WJ)、磨料水射流(AWJ)的产生却是最近三十年的事，利用高压水为人们的生产服务始于十九世纪七十年代左右，用来开采金矿，剥落树皮，直到二战期间，飞机运行中“雨蚀”使雷达舱破坏这一现象启发了人们思维。直到本世纪五十年代，高压水射流切割的可能性才源于联，但第一项切割技术专利却在美国产生，即1968年由美国密里大学林学教授诺曼弗兰兹博士获得。在最近十多年里，水射流(WJ、AWJ)切割技术和设备有了长足进步，其应用遍与工业生产和人们生活各个方面。许多大学、公司和工厂竞相研究开发，新思维、新理论、新技术不断涌现，形成了一种你追我赶的势头。目前已有3000多套水射流切割设备在数十个国家几十个行业应用，尤其是在航空航天、舰船、军工、核能等高、尖、难技术上更显优势。已可切割500余种材料，其设备年增长率超过20。 2.高压水射流加工系统构成与增压原理 高压水射流基本原理归之为：运用液体增压原理，通过特定的装置（增压口或高压泵）,将动力源(电动机)的机械能转换成压力能，具有巨大压力能的水在通过小孔喷嘴(又一换能装置)，再将压力能转变成动能，从而形成高速射流(WJ)。因而又常叫高速水射流。 高压水射流系统见图1，主要由增压系统、供水系统、增压恒压系统、喷嘴管路系统、数控工作台系统、集水系统与水循环处理系统等构成。油压系统低压油(1030MPa)推动大活塞往复来回移动，其方向由换向阀自动控制。供水系统先对水进行净化处理，并加入防锈添加剂等，然后由供水泵打出低压水从单向阀进入高压缸。增压恒压系统包括增压器和蓄能器两部分，增压器获得高压原理如图2所示，即利用大活塞与小活塞面积之差来实现，理论上：A大P油=A小P水, P出水=A大/A小P油, 增压比即大活塞与小活塞面积之比，通常为10：125：1，由此，增压器输出高压水压力可达100MPa750MPa。由于水在400Mpa时其压缩率达12，因而活塞杆在走过其整个行程八分之一后才会有高压水输出。活塞到达行程终端时，换向阀自动使油路改变方向(图中虚线箭头所示)，进而推动大活塞反向行进，此时高压水在另端输出。如果将此高压水直接送到喷嘴，那么喷嘴出来的射流压力将会是脉动的(图3中虚线)，而且这对管路系统产生周期性振荡，为获得稳定的高压水射流，常在增压器和喷嘴回路之间设置一蓄能(恒压)器，消除水压脉动，达到恒压之目的，常能控制脉动量在5之(图3实线)。 切除与切断机理 高速射流本身具有较高的刚性，在与靶物碰撞时，产生极高的冲击动压(P=VC)和涡流的形成，从微观上看相对于射流平均速度存在着超高速区和低速区(有时可能为负值)，因而高压水射流表面上虽为圆柱模型，而部实际上存在刚性高和刚性低的部分，刚性高的部分产生的冲击动压使传播时间也减少，增大了冲击强度，宏观上看起快速楔劈作用，而低刚度部分相对于高刚度部分形成了柔性空间，起吸屑、排屑作用，这两者的结合正好象使得其切割材料时犹如一把轴向“锯刀”加工。 高速水射流破坏材料的过程是一个动态断裂过程，对脆性材料(如岩石)等主要是以裂纹破坏与扩散为主；而对塑性材料符合最大的拉应力瞬时断裂准则，即一旦材料中某点的法向拉应力达到或超过某一临界值y时，该点即发生断裂。根据弹塑性力学，动态断裂强度与静态断裂强度相比要高出一个数量级左右，主要是因为动态应力作用时间短，材料中裂纹来不与发展，因而这个动态断裂不仅与应力有关，还与拉伸应力的作用时间相关。 4.高压水射流(WJ、AWJ)切割应用围 高压水射流切割是利用具有很高动能的高速射流进行的(有时又称为高速水射流加工)与激光、离子束、电子束一样是属于高能束加工畴。高压水射流切割作为一项高新特技术在某种意义上讲是切割领域的一次革命，有着十分广阔的应用前景，随着技术的成熟与某些局限的克服，对其它切割工艺是一种完美补充。目前其用途和优势主要体现在难加工材料方面：如瓷、硬质合金、高速钢、模具钢、淬火钢、白口铸铁、钨钼钴合金、耐热合金、钛合金、耐蚀合金、复合材料（FRM、FRP等）、锻烧瓷、高速钢（HRC30以下）、不锈钢、高锰钢、模具钢和马氏体钢（HRC30）、高硅铸铁、可锻铸铁等一般工程材料，高压水射流除切割外，稍降低压力或增大靶距和流量还可以用于清洗、破碎、表面毛化和强化处理。在美国，几乎所有的汽车和飞机制造厂都有应用。目前已在以下行业获得成功应用：汽车制造与修理、航空航天、机械加工、国防、军工、兵器、电子电力、石油、采矿、轻工、建筑建材、核工业、化工、船舶、食品、医疗、林业、农业、市政工程等方面。电子束加工：简介利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直 接使材料升华。电子束曝光则是一种利用电子束辐射效应的加工方法（见电子束与离子束微细加工）。 作为加热工具，电子束的特点是功率高和功率密度大，能在瞬间把能量传给工件，电子束的参数和位置可以精确和迅速地调节，能用计算机控制并在无污染的真空中进行加工。根据电子束功率密度和电子束与材料作用时间的不同，可以完成各种不同的加工。 编辑本段电子束焊接电子束功率密度达1010瓦/厘米时，电子束轰击处的材料即局部熔化；当电子束相对工件移动,熔化的金属即不断固化,利用这个现象可以进行材料的焊接。电子束焊具有深熔的特点，焊缝的深宽比可达20:1甚至50:1。这是因为当电子束功率密度较大时，电子束给予焊接区的功率远大于从焊接区导走的功率。利用电子束焊的这一特点可实现多种特殊焊接方式。利用电子束几乎可以焊接任何材料，包括难熔金属(W、Mo、Ta、Nb)、活泼金属（Be、Ti、Zr、U）、超合金和瓷等。此外，电子束焊接的焊缝位置精确可控、焊接质量高、速度快，在核、航空、火箭、电子、汽车等工业中可用作精密焊接。在重工业中，电子束焊机的功率已达100千瓦，可平焊厚度为200毫米的不锈钢板。对大工件焊接时须采用大体积真空室，或在焊接处形成可移动的局部真空。编辑本段电子束刻蚀和电子束钻孔用聚焦方法得到很细的、功率密度为 1010瓦/厘米的电子束周期地轰击材料表面的固定点，适当控制电子束轰击时间和休止时间的比例，可使被轰击处的材料迅速蒸发而避免周围材料的熔化，这样就可以实现电子束刻蚀、钻孔或切割。同电子束焊接相比,电了束刻蚀、钻孔、切割所用的电子束功率密度更大而作用时间较短。电子束可在厚度为0.16毫米的任何材料的薄片上钻直径为1至几百微米的孔，能获得很大的深度孔径比，例如在厚度为 0.3毫米的宝石轴承上钻直径为25微米的孔。电子束还适合在薄片（例如燃气轮机叶片）上高速大量地钻孔。编辑本段电子束熔炼电子束熔炼法发明于1907年，但直到50年代才用于熔炼难熔金属，后来又用于熔炼活泼金属（如Ti锭）和高级合金钢。电子束加热可使材料在真空中维持熔化状态并保持很长时间，实现材料的去气和杂质的选择性蒸发，可用来制备高纯材料。电子束加热是电能转为热能的有效方式之一，大约有50功率用于熔化和维持液化。功率在60千瓦以下的电子束熔炼机可用直热式钨丝作为电子枪的阴极。60千瓦以上熔炼机的电子枪则用间热式块状钽阴极，它由背后的钨丝所发射的电子轰击加热到 2700K，可有每平方厘米为几安的发射电流密度。电子枪加速电压约30千伏，这样容易防止电击穿和减弱 X射线辐射，电子束用磁聚焦和磁偏转。电子枪和熔炼室用不同的真空泵抽气，真空度分别维持在10和10帕左右。80年代已生产出600千瓦级的电子枪。如需更大功率，可用几支电子枪同时工作。利用电子束加热可铸造100吨的坯料。高速切削：编辑本段高速切削的定义让我们看一下这些定义中的几个： 高切削速度切削 高主轴速度切削 高进给切削 高速和高进给切削 高生产率切削 我们对高速切削的定义描述如下： HSM不是简单意义上的高切削速度。它应当被认为是用特定方法和生产设备进行加工的工艺。 高速切削无需高转速主轴切削。许多高速切削应用是以中等转速主轴并采用大尺寸刀具进行的。 如果在高切削速度和高进给条件下对淬硬钢进行精加工，切削参数可为常规的4到6倍。 在小尺寸零件的粗加工到半精加工、精加工与任何尺寸零件的超精加工中，HSM意味着高生产率切削。 零件形状变得越来越复杂，高速切削也就显得越来越重要。 现在，高速切削主要应用于锥度40的机床上 编辑本段高速切削的目标达到这些目标的主要因素为： 一次(更少次数)装夹的模具加工。 通过切削改善模具的几何精度，同时可减少手工劳动和缩短试模时间。 使用CAM系统和面向车间的编程来帮助制定工艺计划，通过工艺计划提高机床和车间的利用率。 编辑本段高速切削的实际优点刀具和工件可保持低温度，这在许多情况下延长了刀具的寿命。另一方面，在高速切削应用中，切削量是浅的，切削刃的吃刀时间特别短。这就是说，进给比热传播的时间快。 低切削力得到小而一致的刀具弯曲。这与每种刀具和工序所需的恒定的加工余量相结合，是高效和安全加工的先决条件之一。 由于高速切削中典型的切削深度是浅的，刀具和主轴上的径向力低。这减少了主轴轴承、导轨和滚珠丝杠的磨损。高速切削和轴向铣削也是良好的组合，它对主轴轴承的冲击小，使用这种方法可以使用悬伸较长的刀具而振动的风险不大。 小尺寸零件的高生产率切削，如粗加工、半精加工和精加工，在总的材料去除率相对低时有很好的经济性。 高速切削可在一般精加工中获得高生产率，可获得杰出的表面质量。表面质量常低于Ra 0.2µm。 采用高速切削使对薄壁零件的切削成为可能。使用高速切削，吃刀时间短，冲击和弯曲减小了。 模具的几何精度提高了，组装就容易和更快了。无论是什么人，技能如何，都能获得CAM/CNC生产的表面纹理和几何精度。如果花在切削上的时间稍多一些，费时的人工抛光工作可显著减少。常常可减少达60-100%。一些加工，如淬火、电解加工和电火花加工(EDM)，可以大大减少。这就可降低投资成本和简化后勤供应。用切削代替电火花加工(EDM)，模具使用寿命和质量也得到提高。 采用高速切削，可通过CAD/CAM很快改变设计，特别是在不需要生产新电极的情况下。 由于起始过程有高的加速度和减速度以与停止，导轨、滚珠丝杠和主轴轴承产生相对快的磨损。这常常导致较高的维护成本。 需要专门的工艺知识、编程设备和快速传送数据的接口。 可能很难找到和挑选高级技术员工。 有相当长的调试和出故障时间。 加工中无需紧急停止，导致人为错误和软件或硬件故障会产生许多严重后果。 必须有良好的加工计划“向饥饿的机床提供食物”。 必须有安全保护措施：使用带安全外罩与防碎片盖的机床。避免刀具的大悬伸。不要使用“重”刀具和接杆。定期检查刀具、接杆和螺栓是否有疲劳裂纹。 仅使用注明最高主轴速度的刀具。不要使用整体高速钢(HSS)刀具！ 编辑本段高速切削对机床的要求对ISO/BT 40号机床的典型要求如下： 主轴速度围22 kW 可编程进给率 40-60 m/分 快速横向进给1g 块处理速度 1-20 毫秒 数据传递速度 250 Kbit/s (1 毫秒) 增量(线性) 5-20 微米 或 NURBS 插补 主轴具有高热稳定性和刚性，主轴轴承具有高的预力和冷却能力。 通过主轴的送风/冷却液 具有高的吸收振动能力的刚性机床框架 各种误差补偿温度、象限、滚珠丝杠是最重要的。 CNC中的高级预见功能。 高速切削对切削刀具的典型特性或要求整体硬质合金：高精度磨削，径向跳动低于3微米。 尽可能小的凸出和悬伸，最大的刚性，尽可能小的刀具弯曲变形和大的芯核直径。 为了使振动的风险、切削力和弯曲尽可能小，切削刃和接触长度应尽可能短。 超尺寸、锥度刀柄，这在小直径时特别重要。 细晶粒基体和为了得到高耐磨性的TiAlN 涂层。 用于风冷或冷却液的冷却孔。 适合淬硬钢高速切削要求的坚固微槽形。 对称刀具，最好是设计保证平衡。 使用可转位刀片的刀具：设计保证的平衡。 在刀片座和刀片上的保证跳动量小的高精度，主刀片的最大径向跳动为10微米。 适合淬硬钢高速切削要求的牌号和槽形。 刀具体上有适当的间隙，以避免刀具弯曲(切削力)消失时产生摩擦。 送风或冷却液的冷却孔(立铣刀)。 刀具体上标明允许的最大转速。16 / 16