机械制造技术 第六章 特种加工技术

第一节 概述 非传统加工又称特种加工，通常被理解为别于传统切削与磨削加工方法的总称。 第一节 概述 非传统加工又称特种加工，通常被理解为别于传统切削与磨削加工方法的总称。 非传统加工方法 产生于二次大战后。两方面问题传统机械加工方法难于解决： 1）难加工材料的加工问题。宇航工业等对材料高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求，使新材料不断涌现。 2）复杂形面、薄壁、小孔、窄缝等特殊工件加工问题。 为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法。 非传统加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等。

非传统加工方法特点 非传统加工方法主要不是依靠机械能，而是用其它能量（如电能、光能、声能、热能、化学能等）去除材料。 非传统加工方法由于工具不受显著切削力的作用，对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。 一般不会产生加工硬化现象。且工件加工部位变形小，发热少，或发热仅局限于工件表层加工部位很小区域内，工件热变形小，加工应力也小，易于获得好的加工质量。 加工中能量易于转换和控制，有利于保证加工精度和提高加工效率。 非传统加工方法的材料去除速度，一般低于常规加工方法，这也是目前常规加工方法仍占主导地位的主要原因。

非特种加工与传统切削加工方法 在原理上的主要区别： 1）用机械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。 2）打破传统的硬刀具加工软材料的规律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度，可谓“以柔克刚”。 3）在切削加工中，工具与工件不受切削力的作用。

非传统加工方法分类 （按加工机理和采用的能源划分） 机械过程 利用机械力，使材料产生剪切、断裂，以去除材料。如超声波加工、水喷射加工、磨料流加工等。 热学过程 通过电、光、化学能等产生瞬时高温，熔化并去除材料，如电火花加工、高能束加工、热力去毛刺等。 电化学过程 利用电能转换为化学能对材料进行加工，如电解加工、电铸加工（金属离子沉积）等。 化学过程 利用化学溶剂对材料的腐蚀、溶解，去除材料，如化学蚀刻、化学铣削等。

利用机械、热、化学、电化学的复合作用，去除材料。常见的复合形式有： ◎机械化学复合——如机械化学抛光、电解磨削、电镀珩磨等。 复合过程 利用机械、热、化学、电化学的复合作用，去除材料。常见的复合形式有： ◎机械化学复合——如机械化学抛光、电解磨削、电镀珩磨等。 工件 （陶瓷滚柱） 磁性材料 磁极 振动运动 磁力抛光示意图 N S ◎机械热能复合——如加热切削、低温切削等。 ◎热能化学能复合——如电解电火花加工等。 ◎其它复合过程——如超声切削、超声电解磨削、磁力抛光（如图）等。

探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。 优化工艺参数，完善现有的加工工艺。 向微型化、精密化发展。 发展趋势 拓宽现有非传统加工方法的应用领域。 探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。 优化工艺参数，完善现有的加工工艺。 向微型化、精密化发展。 EI 收录文章数比较 70年代 80年代 90年代 2084 1104 232 142 244 424 214 441 321 252 353 316 激光加工 电火花加工 超声加工 电化学加工 ★ 图反映了学术界和工程界对几种非传统加工方法的关注程度。 采用数控、自适应控制、CAD/CAM、专家系统等技术，提高加工过程自动化、柔性化程度。

第二节 电火花加工 工作原理：利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电，产生瞬时高温，工件材料被熔化和气化。同时，该处绝缘液体也被局部加热，急速气化，体积发生膨胀，随之产生很高的压力。在这种高压作用下，已经熔化、气化的材料就从工件的表面迅速被除去（如图）。 ◆ 4个阶段： 1）介质电离、击穿，形成放电通道； 2）火花放电产生熔化、气化、热膨胀； 3）抛出蚀除物； 4）间隙介质消电离（恢复绝缘状态）。 电火花加工原理图 进给系统 放电间隙 工具电极 工件电极 直流脉冲电源 工作液

电火花加工原理示意图 1—工件 2—脉冲电源 3—自动进给调节系统 4—工具 5—工作液 6—过滤器 7—工作液泵 电火花加工表面局部放大图

电火花加工机床

工作要素 电极材料——要求导电，损耗小，易加工；常用材料：紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等，其中石墨最常用。 工作液——主要功能压缩放电通道区域，提高放电能量密度，加速蚀物排出；常用工作液有煤油、机油、去离子水、乳化液等。 放电间隙——合理的间隙是保证火花放电的必要条件。为保持适当的放电间隙，在加工过程中，需采用自动调节器控制机床进给系统，并带动工具电极缓慢向工件进给。 脉冲宽度与间隔——影响加工速度、表面粗糙度、电极消耗和表面组织等。脉冲频率高、持续时间短，则每个脉冲去除金属量少，表面粗糙度值小，但加工速度低。 通常放电持续时间在2μs至2ms范围内，各个脉冲的能量2mJ到20J（电流为400A时）之间。

影响加工精度的主要因素 （１）放电间隙的大小和一致性 （２）工具电极的损耗及“二次放电” 二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电。 二次放电主要是在加工深度方向的侧面产生斜度和使加工棱角边变钝。

二次放电 电极损耗 加工斜度 棱角变钝 电火花加工时的加工斜度

另外，工具的尖角或凹角很难精确地复制在工件的表面上。 尖角变圆现象 a)加工外表面 b)加工内表面 1-工件电极 2-工具电极

影响表面质量的因素 表面粗糙度：单个脉冲能量、工具电极的表面粗糙度 、加工速度 。 表面变质层：熔化凝固层、热影响层及显微裂纹。 表面力学性能：表面最外层硬度与耐磨性、残余应力 、耐疲劳性能

电火花加工特点 不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韧、软的导电材料。 加工时无显著切削力，发热小，适于加工小孔、薄壁、窄槽、形面、型腔及曲线孔等，且加工质量较好。 脉冲参数调整方便，可一次装夹完成粗、精加工。 易于实现数控加工。

电火花加工的应用 电火花加工应用在穿孔加工、型腔加工、线切割加工、电火花磨削与镗磨加工、电火花展成加工、表面强化、非金属电火花加工或用于打印标记、刻字、跑合齿轮啮合件、取出折断在零件中的丝锥或钻头等方面。

加工过程显示 电火花线切割机床 电火花线切割加工

1．穿孔加工 a)圆孔 b)方槽 c)异形孔 d)弯孔 常指贯通的等截面或变截面的二维型孔（圆孔、方孔、多边孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔、微孔等加工的电火花加工。

穿孔加工的尺寸精度主要取决于工具电极的尺寸和放电间隙。 工具电极的截面轮廓尺寸要比预定加工的型孔尺寸均匀地缩小一个加工间隙，其尺寸精度要比工件高一级，表面粗糙度应比工件的小。 一般电火花加工后尺寸公差可达IT7级，表面粗糙度Ra值1.25。 电火花加工较大孔时，一般先预制孔，留合适余量（单边余量为0.5～1mm左右），余量太大，生产率低，电火花加工时不好定位。 细微孔：直径小于0.2mm的孔。 国外目前可加工出深径比为5，直径为0.015mm的细微孔。在我国一般可加工出深径比为10，直径为0.05mm的细微孔。 但加工细微孔的效率较低，因为工具电极制造困难，排屑也困难，单个脉冲的放电能量须有特殊的脉冲电源控制，对伺服进给系统要求更严。

电火花穿孔加工的主要应用: 在直径为0.3～3mm的高速小孔的加工，可避免小直径钻头（d≤1mm）易折断问题。 还适用于斜面和曲面上加工小孔，并可达较高尺寸精度和形状精度。 在加工时可采用管状电极，内通高压工作液，工具电极在回转的同时又作轴向进给运动，速度可达60mm/min。

2．电火花型腔加工 一般指三维型腔和型面加工，如挤压模、压铸模、塑料模及胶木模等型腔的加工及整体式叶轮、叶片等曲面零件的加工。

型腔多为盲孔加工，且形状复杂，致使工作液难以循环，排出蚀除渣困难，因此比穿孔加工困难。 为了改善加工条件，有时在工具电极中间开有冲油孔，以便冷却和排出加工产物

3．电火花线切割加工 电火花线切割加工简称“线切割”，它是通过线状工具电极按规定的轨迹与工件间相对运动，切割出所需工件的。

我国：高速往复走丝方式，一般走丝速度为8～10m/s， 线切割机床普遍采用计算机数字控制（CNC）装置。

电火花线切割加工特点： 由于加工表面的轮廓是由CNC控制的复合运动所获得，所以可切割复杂表面。 可加工细微的几何形状，切缝和很小的内角半径。线电极在加工中不断运动，使单位长度金属丝损耗较少，对加工精度影响小。 无需特定形状的工具电极，降低、节约了生产成本及准备工时。 在电参数相同情况下，比穿孔加工生产率高，自动化程度高，操作使用方便。 加工同样的工件，其总蚀除量少，材料利用率高，对加工贵重金属有着重要意义。 线切割的缺点是不能加工盲孔类零件和阶梯成形表面。

磨削各种工件，如小孔、深孔、内圆、外圆、平面等磨削和成型磨削。 4．电火花磨削和镗削加工 磨削各种工件，如小孔、深孔、内圆、外圆、平面等磨削和成型磨削。 Dk6825数控旋转电火花机床加工范围

电火花镗磨

5．加工各种成型刀、样板、工具、量具、螺纹等成型零件。 6．刻字、打印铭牌和标记。 7．表面强化：如金属表面高速淬火、渗氮、渗碳、涂覆特殊材料及合金化等。 8．辅助用途：如去除折断在工件中的丝锥、钻头，修复磨损件，跑合齿轮啮合件等。

第三节 电解加工 工作原理：工件接阳极，工具（铜或不锈钢）接阴极，两极间加直流电压6～24V，极间保持0.1～1mm间隙。在间隙处通以 6～60m/S高速流动电解液，形成极间导电通路，工件表面材料不断溶解，溶解物及时被电解液冲走。工具阴极不断进给，保持极间间隙。 电解加工原理图 电解液 直流电源 泵 工件阳极 阴极进给 工具阴极

电解加工的特点 加工范围广: 不受材料本身强度、硬度和韧性的限制，可加工高强度、高硬度和高韧性等难切削的金属材料，如淬火钢、钛合金、硬质合金、不锈钢、耐热合金，可加工叶片、花键孔、炮管膛线、锻模等各种复杂的三维型面，以及薄壁、异形零件等。 能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面和型腔，进给速度可快达0.3～15mm/min。 表面质量好 : 加工中无切削力和切削热的作用，所以不产生由此引起的变形和残余应力、加工硬化、毛刺、飞边、刀痕等，可以达到较低的表面粗糙度（Ra1.25～0.2μm）和±0.1mm左右的平均加工精度。电解微细加工钢材的精度可达±10～70μm。 适合于加工易变形或薄壁零件。

加工过程中工具电极理论上无损耗，可长期使用。 因为工具阴极材料本身不参与电极反应，其表面仅产生析氢反应，同时工具材料又是抗腐蚀性良好的不锈钢或黄铜等，所以除产生火花短路等特殊情况外，工具阴极基本上没有损耗。 加工生产率高 约为电火花加工的5～10倍以上，在某些情况下比切削加工的生产率还高。且加工生产率不直接受加工质量的限制，故一般适宜于大批量零件的加工。

电解加工的缺点 电解加工影响因素多，技术难度高，不易实现稳定加工和保证较高的加工精度。 工具电极的设计、制造和修正较麻烦，因而很难适用于单件生产。 电解加工设备投资较高，占地面积较大。 电解液对设备、工装有腐蚀作用，电解产物的处理和回收困难。

电解加工的基本工艺规律 1．生产率及其影响因素 电化学当量对生产率的影响 ⑴电化学当量愈大，生产率愈高。 ⑵实际电蚀量为

此外电源电压、电解液种类、工件材料的化学成分和组织结构都对生产率有影响。 电流密度对生产率的影响 电流密度越高，生产率越高，但在增加电流密度的同时，电压也随着增高，因此应以不击穿加工间隙、引起火花放电、造成局部短路为度。 加工间隙对生产率的影响 加工间隙越小，电解液的电阻越小，电流密度越大，蚀除速度也就越高。 但间隙太小会引起火花放电或间隙通道内电解液流动受阻、蚀除物排除不畅，以至产生局部短路，反而使生产率下降，因此间隙较小时应加大电解液的流速和压力。 此外电源电压、电解液种类、工件材料的化学成分和组织结构都对生产率有影响。

2．加工精度及其影响因素 提高加工精度的主要措施如下: 不仅与加工间隙有关，还与机床、工艺装备、工具阴极、工件、工艺参数等诸多因素有关。 提高加工精度的主要措施如下: 脉冲电流电解加工 小间隙电解加工 改进电解液 混气电解加工

3．表面质量及其影响因素 工件材料的合金成分、金相组织和热处理状态 工艺参数：电流密度、电解液的流速大小和温度高低 工具阴极的表面质量 工件表面必须除油去锈 电解液必须经过滤沉淀，不含固体颗粒杂质。

电解加工的应用 型腔加工 型面加工 对模具消耗较大、精度要求不太高的矿山机械、农机、拖拉机等所需的锻模已逐渐采用电解加工。 涡轮发动机、增压器、汽轮机等的叶片，叶身型面形状比较复杂、要求精度高，加工批量大，采用机械加工难度大，生产率低，加工周期长，而采用电解加工则不受叶片材料硬度和韧性的限制，在一次行程中就可加工出复杂的叶身型面，生产率高，表面粗糙度小，电解加工整体叶轮在我国已得到普遍应用。

电解倒棱去毛刺 机械加工中去毛刺的工作量很大，尤其是去除硬而韧的金属毛刺，需要很多的人力，电解倒棱去毛刺可以大大提高工效。

套料加工 用套料加工方法可以加工等截面的大面积异形孔或用于等截面薄形零件的下料。 增液孔 Φ1mm

深孔扩孔加工 深径比大于5的深孔，用传统切削加工方法加工，刀具磨损严重，表面质量差，加工效率低。目前采用电解加工方法加工φ4×2000mm、φ100×8000mm的深孔，加工精度高，表面粗糙度低，生产率高。 电解加工深孔，按工具阴极的运动方式可分为固定式和移动式两种。

深小孔加工 型孔加工 加工深小孔有两种方法，即普通电解加工和电液束加工。 对一些形状复杂、尺寸较小的四方、六方、椭圆、半圆等形状的通孔和不通孔，机械加工很困难，可采用电解加工。

电解磨削效率比机械磨削高，且磨轮损耗远比机械磨削小，特别是磨削硬质合金时，效果更明显。 电解磨削（如图） 工件与磨轮保持一定接触压力，突出的磨料使磨轮导电基体与工件之间形成一定间隙。电解液从中流过时，工件产生阳极溶解，表面生成一层氧化膜，其硬度远比金属本身低，易被刮除，露出新金属表面，继续进行电解。电解作用与磨削作用交替进行，实现加工。 导电磨轮 电解液 电刷 工作台 工件 绝缘板 导电基体 磨料 阳极膜 电解磨削效率比机械磨削高，且磨轮损耗远比机械磨削小，特别是磨削硬质合金时，效果更明显。

第四节 激光加工 工作原理 激光是一种受激辐射而得到的加强光。其基本特征： ◎强度高，亮度大 ◎波长频率确定，单色性好 第四节 激光加工 工作原理 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。 激光器 工件 工作台 激光加工原理图 光阑 反射镜 聚焦镜 电源 Real 激光是一种受激辐射而得到的加强光。其基本特征： ◎强度高，亮度大 ◎波长频率确定，单色性好 ◎相干性好，相干长度长 ◎方向性好，几乎是一束平行光

激光器是激光加工设备的核心，它能把电能转换成激光束输出。 常用的激光器有固体和气体两大类。 固体激光器常由主体光泵（激励源）及谐振腔（由全反射镜、半反射镜组成）、工作物质（一些发光材料如钇铝石榴石、红宝石、钕玻璃等）、聚光器、聚焦透镜等组成。图中激光器的工作物质为钇铝石榴石。

◎YAG（结晶母材由钇、铝和石榴石构成）激光器 ◎红宝石激光器 固体激光器 ◎YAG（结晶母材由钇、铝和石榴石构成）激光器 ◎红宝石激光器 气体激光器——CO2激光器（如图） ◎混合气体：氦约80%，氮约15%， CO2 约5% ◎通过高压直流放电进行激励 ◎波长10.6μm，为不可见光 ◎能量效率5%～ 15% 反射凹镜 反射平镜 电极 放电管 CO2气体 冷却水进口 冷却水出口 激光 高压直流电源 CO2激光器示意图

激光加工的特点 激光加工属非接触加工，无明显机械力，也无工具损耗，工件不变形，加工速度快，热影响区小，可达高精度加工，易实现自动化。 因功率密度是所有加工方法中最高的，所以不受材料限制，几乎可加工任何金属与非金属材料。 激光加工可通过惰性气体、空气或透明介质对工件进行加工，如可通过玻璃对隔离室内的工件进行加工或对真空管内的工件进行焊接。 激光可聚焦形成微米级光斑，输出功率大小可调节，常用于精密细微加工，最高加工精度可达0.001mm，表面粗糙度Ra值可达0.4～0.1。 能源消耗少，无加工污染，在节能、环保等方面有较大优势。

激光加工的应用 激光打孔 激光打孔主要用于特殊材料或特殊工件上的孔加工，如仪表中的宝石轴承、陶瓷、玻璃、金刚石拉丝模等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的细微孔的加工。 激光打孔的效率非常高，功率密度通常为107～108w/cm2，打孔时间甚至可缩短至传统切削加工的百分之一以下，生产率大大提高。 激光打孔的尺寸公差等级可达IT7，表面粗糙度Ra值可达0.16～0.08。

激光焊接 激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。 焊接用激光器有YAG固体激光器和CO2气体激光器，此外还有CO激光器、半导体激光器和准分子激光器等。 激光器利用原子受激辐射的原理，使物质受激而产生波长均一，方向一致和强度非常高的光束。经聚焦后，激光束的能量更为集中，能量密度可达105~107W/cm2。 如将焦点调节到焊件结合处，光能迅速转换成热能，使金属瞬间熔化，冷却凝固后成为焊缝。

激光焊接车身

激光切割 激光切割是利用聚焦以后的高功率密度（105～107w/cm2）激光束连续照射工件，光束能量以及活性气体辅助切割过程附加的化学反应热能均被材料吸收，引起照射点材料温度急剧上升，到达沸点后材料开始汽化，并形成孔洞，且光束与工件相对移动，使材料形成切缝，切缝处熔渣被一定压力的辅助气体吹除

激光切割是利用聚焦以后的高功率密度（105～107w/cm2）激光束连续照射工件，光束能量以及活性气体辅助切割过程附加的化学反应热能均被材料吸收，引起照射点材料温度急剧上升，到达沸点后材料开始汽化，并形成孔洞，且光束与工件相对移动，使材料形成切缝，切缝处熔渣被一定压力的辅助气体吹除。

激光切割是激光加工中应用最广泛的一种，主要是其切割速度快、质量高、省材料、热影响区小、变形小、无刀具磨损、没有接触能量损耗，噪音小，易实现自动化，而且还可穿透玻璃切割真空管内的灯丝，由于以上诸多优点，深受各制造领域欢迎，不足之处是一次性投资较大，且切割深度受限。 激光切割

激光表面热处理 当激光能量密度在103～105w/cm2左右时，对工件表面进行扫描，在极短的时间内加热到相变温度（由扫描速度决定时间长短），工件表层由于热量迅速向内传导快速冷却，实现了工件表层材料的相变硬化（激光淬火）。 与其它表面热处理比较，激光热处理工艺简单，生产率高，工艺过程易实现自动化。一般无须冷却介质，对环境无污染，对工件表面加热快，冷却快，硬度比常温淬火高约15%～20%；耗能少，工件变形小，适合精密局部表面硬化及内孔或形状复杂零件表面的局部硬化处理，但激光表面热处理设备费用高，工件表面硬化深度受限，因而不适合大负荷的重型零件。

其它应用 近年来，各行业中对激光合金化、激光抛光、激光冲击硬化法、激光清洗模具技术也在不断深入研究及应用中。

第五节 超声波加工 工作原理（如图） 利用工具端面作超声（16～25kHz）振动，使工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。 第五节 超声波加工 工作原理（如图） 变幅杆 超声波发生器 超声波加工原理图 振动方向 工具 换能器 工作液喷嘴 工件 Real 利用工具端面作超声（16～25kHz）振动，使工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。 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，通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，此时振幅一般很小，再通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。

超声波加工的特点 加工范围广 切削力小、切削功率消耗低 可加工淬硬钢、不锈钢、钛及其合金等传统切削难加工的金属、非金属材料；特别是一些不导电的非金属材料如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石及各种半导体等，对导电的硬质金属材料如淬火钢、硬质合金也能加工，但生产率低。 适合深小孔、薄壁件、细长杆、低刚度和形状复杂、要求较高零件的加工； 适合高精度、低表面粗糙度等精密零件的精密加工。 切削力小、切削功率消耗低 由于超声波加工主要靠瞬时的局部冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热更小，此外电源电压、电解液种类、工件材料的化学成分和组织结构都对生产率有影响。

易于加工各种复杂形状的型孔、型腔和成型表面等。 工具可用较软的材料做成较复杂的形状。 超声波加工设备结构一般比较简单，操作维修方便。 工件加工精度高、表面粗糙度低 可获得较高的加工精度（尺寸精度可达0.005～0.02mm）和较低的表面粗糙度(Ra值为0.05～0.2)，被加工表面无残余应力、烧伤等现象，也适合加工薄壁、窄缝和低刚度零件。 易于加工各种复杂形状的型孔、型腔和成型表面等。 工具可用较软的材料做成较复杂的形状。 超声波加工设备结构一般比较简单，操作维修方便。

超声波加工的应用 超声波加工的生产率虽然比电火花加工和电解加工低，但其加工精度和表面质量都优于它们。 更重要的是可以加工它们难以加工的半导体和非金属的硬脆材料如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。 而且对于电火花加工后的一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模等，最后还经常用超声波抛磨、光整加工，使表面粗糙度进一步降低。

型孔和型腔的加工 超声波目前主要应用在脆硬材料的圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等的加工。

切割加工 对于难以用普通加工方法切割的脆硬材料如陶瓷、石英、硅、宝石等用超声波加工具有切片薄、切口窄、精度高、生产率高、经济性好等优点。

超声波清洗 其原理主要是基于清洗液在超声波作用下产生空化效应的结果。空化效应产生的强烈冲击液直接作用到被清洗的部位，使污物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来。 此方法主要用于几何形状复杂、清洗质量要求高而用其它方法清洗效果差的中小精密零件，特别是工件上的深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、窄缝等部位的精清洗，生产率和净化率都很高。目前在半导体和集成电路元件、仪器仪表零件、电真空器件、光学零件、医疗器械等的清洗中应用。

超声波焊接 超声波焊接就是利用超声振动作用去除工件表面的氧化膜，使工件露出本体表面，使两个被焊工件表面在高速振动撞击下摩擦发热并亲和粘在一起。 它可以焊接尼龙、塑料及表面易生成氧化膜的铝制品，还可以在陶瓷等非金属表面挂锡、挂银，从而改善这些材料的可焊性。

复合加工 在超声波加工硬质合金、耐热合金等硬质金属材料时加工速度低，工具损耗大，为了提高加工速度和降低工具损耗，采用超声波、电解加工或电火花加工相结合来加工喷油嘴、喷丝板上的孔或窄缝，这样可大大提高生产率和质量。 在切削加工中引入超声波振动即超声振动切削（例如对耐热钢、不锈钢等硬韧材料进行车削、钻孔、攻螺纹时），经过几十年的发展，已经日趋成熟，作为一种精密加工和难切削材料加工中的新技术，可以降低切削力，降低表面粗糙度值、延长刀具使用寿命及提高生产率等。

复合加工 目前，在国内应用较多的主要有：超声振动车削、超声振动磨削、超声振动加工深孔、小孔和攻丝、铰孔等。

超声波加工样件 超声波加工机床

第六节 电子束加工 工作原理（如图） 电子束加工原理图 控制栅极 加速阳极 电子束斑点 旁热阴极 聚焦系统 工件 工作台 真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，经控制栅极初步聚焦后，由加速阳极加速，通过透镜聚焦系统进一步聚焦，使能量密度集中在直径5～10μm斑点内。 高速而能量密集的电子束冲击到工件上，被冲击点处形成瞬时高温（几分之一微秒时间内升高至几千摄氏度），工件表面局部熔化、气化直至被蒸发去除。

电子束加工的特点 高功率密度 属非接触式加工，工件不受机械力作用，很少产生宏观应力变形，同时也不存在工具损耗问题。激光加工可通过惰性气体、空气或透明介质对工件进行加工，如可通过玻璃对隔离室内的工件进行加工或对真空管内的工件进行焊接。 电子束强度、位置、聚焦可精确控制，，电子束通过磁场和电场可在工件上以任何速度行进，便于自动化控制。 环境污染少 适合加工纯度要求很高的半导体材料及易氧化的金属材料。

电子束加工的应用 电子束打孔 不锈钢、耐热钢、宝石、陶瓷、玻璃等各种材料上的小孔、深孔。最小加工直径可达0.003mm，最大深径比可达10。 像机翼吸附屏的孔、喷气发动机套上的冷却孔，此类孔数量巨大（高达数百万），且孔径微小，密度连续分布而孔径也有变化，非常适合电子束打孔。 塑料和人造革上打许多微孔，令其象真皮一样具有透气性。 一些合成纤维为增加透气性和弹性，其喷丝头型孔往往制成异形孔截面，可利用脉冲电子束对图形扫描制出。 还可凭借偏转磁场的变化使电子束在工件内偏转方向加工出弯曲的孔，

电子束加工曲面、弯孔

电子束切割 光刻 其它应用 可对各种材料进行切割，切口宽度仅有3～6μm。 利用电子束再配合工件的相对运动，可加工所需要的曲面。 当使用低能量密度的电子束照射高分子材料时，将使材料分子链被切断或重新组合，引起分子量的变化即产生潜象，再将其浸入溶剂中将潜象显影出来。 把这种方法与其它处理工艺结合使用，可实现在金属掩膜或材料表面上刻槽。 其它应用 用计算机控制，对陶瓷、半导体或金属材料进行电子刻蚀加工；异种金属焊接；电子束热处理等。

第七节 水喷射加工 工作原理： 利用超高压水（或水与磨料的混合液）对工件进行切割（或打孔），又称高压水切割，或“水刀”。 d 第七节 水喷射加工 工作原理： 水喷射加工装置示意图 喷嘴 阀 控制器 蓄能器 供水器 过滤器 泵 增压器 液压装置 排水器 工件 射流 d 利用超高压水（或水与磨料的混合液）对工件进行切割（或打孔），又称高压水切割，或“水刀”。 加工装置（如图） 喷嘴材料及工作条件 项目 材料 孔径/mm 至工件距离/mm 喷射角度/° 参数 金刚石，蓝宝石，淬火钢 0.075～0.4 2.5～50 0～30 喷嘴材料及工作条件

工艺参数 工艺参数 常用值 工艺参数 常用值 水喷射加工常用工艺参数 压力/MPa 70～450 喷射力/N 45～135 工艺参数 常用值 工艺参数 常用值 压力/MPa 70～450 喷射力/N 45～135 流速/m/s 300～900 功率/kW 10～40 流量/L/s 2.5 ～7.5 磨料耗量/kg/min 0.1～0.3 工艺参数、效率、精度 石材 玻璃 ABS塑料 皮革 工件厚度/mm 25 12 2.8 4.45 喷嘴孔径/mm 0.3 0.3 0.1 0.1 流体压力/MPa 400 400 258 300 切割速度/m/min 0.1 0.1 0.85 0.55 切缝宽度/mm 0.5 0.5 0.2 0.2 切割精度/mm ±0.05 ±0.05 — — 表面粗糙度/μm Ra12.5 Ra12.5 — — 几种材料高压水切割参数