超声波加工,激光加工

三、超声波加工人耳能感受到的声波频率在16—16000Hz范围内，当声波频率超过16000Hz时，就是超声波。超声波特点：频率高，波长短，能量强度大超声波加工的机理与特点频率超过16000Hz的声波称为超声波超声波加工的机理超声波是由压电晶片（如石英、钛酸钡等）的逆压电效应产生的超声波的特性超声波能传递很强的能量当超声波经过液体介质传播时，将以极高的频率压迫液体质点振动，在液体介质中连续地形成压缩和稀疏区域，由于液体基本上不可压缩，由此产生压力正、负交变的液压冲击和空化现象，从而引起固体物质分散、破碎等效应通过不同介质时，在界面上发生波速突变，产生波的反射和折射现象在一定条件下，会产生波的干涉和共振现象利用超声波的特性进行加工的工艺称为超声加工超声加工是利用工具端面作超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的综合结果，磨粒的撞击作用是主要的超声加工是基于局部撞击作用，因此越是脆硬的材料，越易进行超声加工。而选择工具材料时则应使之既能撞击磨拉，又不致使自身受到破坏超声加工原理图超声波发生器---产生超声频电振荡。换能器---把声频电振荡转变为超声频的机械振动。变幅杆----将振幅放大到0.0l—0.15mm，再驱动工具端面作超声振动。悬浮液---工具与工件间不断注入磨料悬浮液，当工具端面以超声频冲击磨料时，磨料再冲击工件，迫使加工区域内的工件材料不断被粉碎成很细的微粒脱落下来。加工精度高、表面粗糙度小、加工质量好工具和工件无需复杂的相对运动，超声加工机床结构简单工件表面宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形和烧伤

适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料超声波加工的特点工具可用软材料，易制成复杂形状超声加工设备包括超声发生器、超声振动系统、机床本体和磨料工作液循环系统超声波加工装置的构成及关键部件CSJ-2型超声加工机床超声波发生器将工频交流电转变为有一定功率输出的超声频电振荡，以提供工具端面往复振动和去除被加工材料的能量基本要求：输出功率和频率在一定范围内连续可调，最好能具有对共振频率自动跟踪和自动微调的功能；还要求结构简单、工作可靠、价格便宜、体积小等有电子管式、晶体管式超声振动系统将高频电能转变为机械能，使工具端面作高频率小振幅的振动以进行加工压电陶瓷换能器磁致伸缩换能器——镍棒长度应等于超声波半波长或其整数倍，使之处于共振状态（20kHz的换能器，其长度为125mm）几种变幅杆声学头的固定——选择振幅为零的波节点磨料工作液及其循环系统磨料可以靠人工输送和更换，也可利用小型离心泵注入工作液常用的是水；为了提高表面质量，有时也用煤油或机油磨料常用碳化硼、碳化硅或氧化铝等１.加工速度及其影响因素加工速度指单位时间内去除材料的多少，以mm3/min或g/min为单位来表示。影响加工速度的因素主要有工具的振幅和频率、进给压力、磨料的种类和粒度、被加工材料、磨料悬浮液的浓度。超声波加工的工艺规律（１）工具振幅和频率的影响过大的振幅和过高的频率会使工具和变幅杆承受很大的内应力，振幅一般在0.01～0.1mm之间，频率在16000～25000Hz之间。在实际加工中需根据不同工具调至共振频率，以获得最大振幅，从而达到较高的加工速度。（２）进给压力的影响加工时工具对工件应有一个适当的进给压力。压力过小时，工具端面与工件加工表面间的间隙增大，从而减少了磨料对工件的锤击力；压力增大，间隙减少，当间隙减少到一定程度则会降低磨料与工作液的循环更新速度，从而降低生产率。（３）磨料种类和粒度的影响加工时针对不同强度的工件材料可选择不同的磨料。磨料强度愈高，加工速度愈快，但要考虑价格成本。加工宝石、金刚石等超硬材料，必须选用金刚石；加工淬火钢、硬质合金，应选用碳化硼；加工玻璃、石英和硅、锗等半导体材料，选用氧化铝磨料。（４）被加工材料的影响被加工材料愈硬脆，则承受冲击载荷的能力愈低，愈易被去除加工，反之，韧性愈好，愈不易加工。（５）磨料悬浮液浓度的影响磨料悬浮液浓度低，加工间隙内的磨粒少，特别是在加工面积大、深度较大时可能造成加工区局部没有磨料，使加工速度大大降低。磨料浓度的增加，加工速度也增加，但浓度太高，磨粒在加工区域内的循环运动和对工件的撞击运动受到影响，又会导致加工速度降低。２.加工精度及其影响因素超声波的加工精度，除了机床、夹具精度影响外，主要与磨料粒度、工具精度及其磨损情况、工具横向振动大小、加工深度、被加工材料性质有关。３.表面质量的影响超声波加工具有良好的表面质量，不会产生表面变质层和烧伤，其表面粗糙度主要与磨粒尺寸、超声波振幅大小和工件材料硬度有关。磨粒尺寸愈小，超声振幅愈小，工件材料越硬，生产率愈低，表面粗糙度愈会得到明显改善，因为表面粗糙度值主要取决于每颗磨粒每次锤打工件材料所留下的凹痕的大小和深浅。加工型孔、型腔主要用于对脆硬材料加工圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等超声波加工的应用加工圆孔、加工型腔加工异形孔、套料加工、加工微细孔切割加工用普通机械加工切割脆硬的半导体材料很困难，采用超声切割较为有效超声切割单晶硅片成批切槽刀具切割成的陶瓷模块复合加工用超声加工与其它加工方法相结合进行复合加工，以提高加工速度和表面质量超声电解复合加工小孔超声波焊接利用高频振动产生的撞击能量，去除工件表面的氧化膜杂质，露出新鲜的本体，在两个被焊工件表面分子的撞击下，亲和、熔化并粘接在一起

可以焊尼龙、塑料制品，特别是表面易产生氧化层的难焊接金属材料，如铝制品等；此外，利用超声波化学镀工艺还可以在陶瓷等金属表面挂锡、挂银及涂覆熔化的金属薄层

超声波清洗主要基于超声振动在液体中产生的交变冲击波和空化作用清洗喷油嘴、喷丝板、微型轴承、仪表齿轮、手表机芯、印刷电路板、集成电路微电子器件等超声清洗装置四、激光加工激光加工是20世纪60年代发展起来的一种新技术。利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能敏密度，依靠光热效应来加工各种材料。由于它利用高能光束进行加工，加工速度快，变形小，可以加工各种金属和非金属材料，在生产实践中不断显示出它的优越性，因而，泛用于打孔、切割、焊接、表面热处理以及信息存储等许多领城。工作原理激光器工件工作台光阑反射镜聚焦镜电源无论是哪一种激光加工的方法，都要将一定功率激光束聚焦于被加工物体上，使激光与物质相互作用。一般都是利用激光的热效应激光分类：以能量划分，激光可大致可分为三类：低能量激光：以气体为激光介质，例如在超级市场中常用的条形码扫描仪，就是用氦气和氖气作为激光介质的；中能量激光：例如在课堂上用的激光指示器；高能量激光：一般用半导体作为激光介质，输出的功率可高达500mW。用于热核聚变实验的激光可发射出时间极短但能量极高的激光脉冲，其脉冲功率竟可达10～14W，这激光可产生达一亿度的高温，引发微粒状的氘-氚燃料进行热核聚变。激光加工应用吸收激光材料加热熔化与汽化

加工材料范围广：适用于加工各种金属材料和非金属材料，特别适用于加工高熔点材料，耐热合金及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。

加工性能好：工件可离开加工机进行加工，可透过透明材料加工，可在其他加工方法不易达到的狭小空间进行加工。加工精度较高：非接触加工方式，热变形小，。

可进行微细加工：激光聚焦后焦点直径理论上可小至1μ以下，实际上可实现φ0.01mm的小孔加工和窄缝切割。

加工速度快，效率高。激光加工不仅可以进行打孔和切割，也可进行焊接、热处理等工作。

激光加工可控性好，易于实现自动控制。加工设备昂贵。激光加工特点激光淬火技术是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上。当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。硬度、强度、耐磨性齿圈周向螺旋扫描激光淬火齿轮轴激光表面淬火卷曲机大面积激光相变轴毂激光表面淬火激光表面处理影响：疲劳强度耐腐蚀性耐磨性等激光表面融凝技术激光融覆技术杂质、气孔、化合物释放出来基层表面添加熔覆材料激光焊接激光辐射能量作用于材料表面并转化为热量，表面热量通过热传导向内部扩散，使材料融化，在两材料连接区的部分形成熔池。在激光束向前运动后，熔池中的熔融金属随之凝固，形成连接两块材料的焊缝

激光焊接

◎激光焊接所需能量密度较低，因不需将材料气化蚀除，而只要将工件的加工区烧熔使其粘合在一起。

◎优点：没有焊渣，不需去除工件氧化膜，可实现不同材料之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸气迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个上大下小的孔。激光打孔

◎焦点位置对孔的质量影响：若焦点与加工表面之间距离很大，则激光能量密度显著减小，不能进行加工。如果焦点位置偏离加工表面1mm，可以进行加工，此时加工出孔的断面形状随焦点位置不同而发生变化。焦点位置对孔形状影响激光打孔激光切割

◎激光切割具有切缝窄、速度快、热影响区小、省材料、成本低等优点，并可以在任何方向上切割，包括内尖角。

◎可以切割钢板、不锈钢、钛、钽、镍等金属材料，以及布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。激光打标激光雕刻金属雕激光雕刻瓷雕激光雕刻竹雕激光雕刻石