第九章其它加工方法

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1、第九章 其它加工方法第一节 化学加工化学加工（Chemical Machining 简称CHM）是利用 酸、碱、盐等化学溶液对金属产生化学反应，使金属 腐蚀溶解，改变工件尺寸和形状（以至表面性能）的 一种加工方法。它分为两种：1、成形加工：1）化学铣（又称化学刻蚀），2）光 化学腐蚀加工。2）表面加工：1）化学抛光，2）化学镀膜1一、化学铣削加工（一）化学铣削的原理、特点和应用范围2化学铣削（CHM）,实质上是较大面积和较深尺寸上的 化学刻蚀（Chemical Etching ）。过程：将不需加工的部分用耐腐蚀性涂层保护起来， 需加工的部分暴露出来，浸入到化学溶液中进行腐蚀 ，使金属按特定的部

2、位溶解去除，达到加工的目的。化学铣削的特点：1）可加工任何难加工的材料，不受材料强度、硬度的 限制，如：铝合金、钼合金、钛合金、镁合金、不锈 钢；2）适于大面积加工33）加工过程不产生应力、裂纹、毛刺等缺陷， Ra2.51.54）操作简单化学铣削的缺点：1）不适用于加工窄、深槽或型孔；2）不能去除原零件的标面缺陷，滑痕等3）腐蚀液对设备、人有害，注意保护。应用范围：1）大面积表面减薄加工，2）在厚度小 于1.5mm薄壁零件上加工型孔4（二）化学铣削工艺过程表面与处理： 去油污、氧化 膜；在相应腐 蚀液中预腐蚀 ；喷砂处理， 形成一定的粗 糙度。保护层：氯丁 橡胶、丁基橡 胶、丁苯橡胶 。0.2

3、mm厚5二、光化学腐蚀加工光化学腐蚀加工简称光化学加工（Optical Chemical Machining 缩写OCM）,是化学照相制版和光刻（化学 腐蚀）相结合的一种精密微细加工技术。它与化学刻蚀（化学铣削）加工的主要区别在于： 它 不是靠人工刻形、划线，而是用感光照相来确定工件 表面要刻蚀的图形、线条。（一）照相制版的原理和工艺1、照相制版的原理照相制版将将图形摄影到底片上，经光化学反应，将图象复制 到涂有感光胶的铜板或锌板上，经坚膜固化处理，使感光胶具 有一定的抗蚀能力，经化学腐蚀，即可得到所需图形的金属板 。62、工艺过程（1）原图和照相（2）金属板和感光胶的涂复7（3）曝光、显影和

4、坚膜（4）固化 ； （5）腐蚀8（二）光刻加工的原理和工艺1、光刻的原理、特点及应用范围光刻，是利用光致抗蚀剂的光化学反应的特点，将掩 模板上的图形精确的复制在涂有光致抗蚀剂的衬底上 ，再利用光致抗蚀剂的耐腐蚀特性，对衬底表面进行 腐蚀，获得所需的图形。使用于电路布线板、晶闸管元件等的制作。2、光刻的工艺过程1）原图和掩模板的制备，2）涂复光致抗蚀剂，3）曝 光，4）腐蚀，5）去胶。910三、化学抛光（Chemical Polish 简称CP）原理：在硝酸或磷酸的溶液中，在一定的条件下，使 工件表面氧化，此氧化层又能逐渐溶入溶液。表面微 凸的地方比表面微凹的地方氧化、溶解的快，使工件 表面逐渐

5、整平。特点：大面积、薄壁件、低刚度、复杂型面的抛光。缺点：比电解抛光效果差。11四、化学镀膜（一）目的：在金属、非金属表面镀上一层金属。（二）原理：在金属盐溶液中加入一种化学还原剂， 将镀液中的金属离子还原后沉积在被镀零件的表面。（三）特点：1、镀层均匀。2、被镀工件可以为任何材料，包括非导体材料： 如玻璃、陶瓷、塑料。3、不需电源，设备简单4、镀液一般可连续需使用，再生使用。12（四）应用1、镀铜，用硫酸铜；2、镀镍，用氯化镍；3、镀铬，用溴化铬；4、镀钴，用氯化钴。还原剂，用磷酸钠、次硫酸钠、酒石酸纳、葡萄糖等 。13第二节 等离子体加工一、基本原理等离子体加工又称为等离子弧加工（Plas

6、ma Arc Machining 缩写为PAM），是利用电弧放电使气体电 离成过热的等离子气体流束，靠局部熔化及气化去除 材料。等离子体被称为物质存在的第四种状态。等离子体，是高温电离的气体，它由气体原子或分子 在高温下获得能量电离后，离解成带正电荷的离子和 带负电荷的自由电子所组成，整体的正负离子数目和 正负电荷数值仍相等，所以称之为等离子体。14等离子体具有极高的能量密度的原因：（1）机械压缩效应：电弧通过喷嘴时，通道对电弧产 生机械压缩作用；（2）热收缩效应：喷嘴内通入冷却水，使靠近内壁的 气体电离度急剧下降，导电性差，电弧中心导电性好， 电弧电流被迫在电弧中心高温区通过，使电弧的有效截

7、 面缩小，电流密度大大增加，这就是热收缩效应。高速 等离子气体流量越大，压力越大，冷却越充分，则热收 缩效应越强烈。（3）磁收缩效应：由于电弧周围存在磁场，迫使电弧 产生强烈的收缩作用，使电弧中心电流密度更大。15由于上述3个作用的结果，使等离体温度高达 1100028000度，速度约8002000m/s，高于声速 ，具有很强的冲击力。图9-12中：1、钨电极接负极，工件接正极等离子电弧加工 ，使用于金属材料的加工、切割及焊接；2、钨电极接负极，喷嘴接正极等离子体射流加 工，使用于各种材料喷镀及热处理加工等。1617二、材料去除速度和加工精度等离子切割，25mm厚材料的切割；加工后表面粗糙度R

8、a1.63.2，热影响层15mm。三、设备和工具100300V直流电源，常用电极为铈钨或钍钨；喷嘴 用纯铜或锆铜。四、应用1、切割不锈钢、铜、铝；2、切割软钢、合金钢、钛、铸铁、钨、钼；183、机械切削和等离子弧的复合加工。用等离子弧， 使待加工工件材料变软，强度降低，以便降低切削力 、提高切削效率、延长刀具寿命。4、不锈钢和各种合金钢的焊接。焊接厚度110mm 。19第三节 挤压珩磨挤压珩磨又称为磨料流动加工（Abrasive Flow Machining，简写AFM）,是一项表面加工新技术。一、基本原理挤压珩磨，是利用一种含磨料的半流动状态的粘弹性 磨料介质，在一定的压力下强迫在被加工表面

9、上流过 ，有磨料颗粒的刮削作用，去除工件表面微观不平材 料的方法。图9-13（下图），表示了加工过程下活塞施压，上活塞向上运动的同时，施加一定的背 压。2021二、使用范围1、从软的铝到韧的镍合金，均可加工；2、硬质合金拉丝模、挤压模、拉抻模、粉末冶金模 、叶轮、齿轮、燃烧旋流器的抛光和去毛刺；3、几乎能加工所有金属材料，也能加工陶瓷、硬塑 料等。三、其它1、磨料一般用氧化铝、碳化硼、碳化硅。碳化硅主 要用于去毛刺。2、挤压珩磨不能修正零件的形状误差。22第四节 水射流加工一、基本原理水射流切割（Water Jet Cutting 简称WJC）又称液体 喷射加工（Liquid Jet Mach

10、ining 简称LJM），是利 用高压高速流水对工件的冲击作用来去除材料的，有 时简称水切割，或俗称水刀。采用的水或带添加剂的水，以500900m/s的高速， 从孔径为0.10.5mm的人造蓝宝石喷嘴喷出，直接压 射到工件加工部位上。加工深度取决于速度、压力及 距离。二、材料去除速度和加工精度23切割速度取决于工件材料，与功率正比、与厚度反比 。切割精度主要受喷嘴轨迹的影响，切缝大约比喷嘴孔 径大0.025mm；喷嘴越小，加工精度越高，加工效率 越低。软材料可以获得光滑表面，塑性好的材料可以切割出 高质量的切边。采用正前角，将改善切割质量。在水中混入磨料，可提高切割速度和厚度。2425三、设备

11、和工具液压系统产生的压力应能达到400MPa。液压系统包 括控制器、过滤器以及耐用性好的液压密封装置。液体要经过很好的过滤，过滤精度0.5微米。四、应用可以加工很薄、很软的金属和非金属材料，如：铜、 铝、铅、塑料、木材、橡胶、纸等七八十种材料和制 品。26第五节 磁性磨料研磨加工和磁性磨料电解研磨加工磁性磨料研磨加工（Magnetic Abrasive Machining 简称MAM），又称磁力研磨或磁磨料加工，它和磁 性磨料电解研磨加工（Magnetic Abrasive Electrochemical Machining 简称MAECM）光整加 工新工艺。27一、基本原理1、磁性磨料研磨的

12、原理，在本质上和机械研磨相同 ，只是磨料是导磁的，磨料作用于工件表面的研磨力 是磁场形成的。2、磁性磨料电解研磨的表面光整效果，是以下3个因 素总和作用的结果：（1）电化学阳极溶解作用（2）磁性磨料的刮削作用（3）磁场的加速、强化作用：洛仑兹力的作用、离 子运动轨迹的复杂化，螺旋运动轨迹、增加了运动长 度，增加了电解液的电离度，降低了浓差极化。28二、实际应用适用于导磁材料的表面光整加工。29第六节 铝合金微弧氧化表面陶瓷化处理技术微弧氧化表面处理，是基于电火花（短电弧）放电和 电化学、化学等综合作用，使铝及铝合金表面生长、 形成一层很薄的多功能的陶瓷膜。铝、镁、钛及其合金因其重量轻，被广泛的

13、应用，但 其表面硬度低、不耐磨损。为了提高铝及铝合金的耐磨、耐腐蚀性能，早在数十 年前就产生了铝表面阳极氧化工艺：在特定的电解液 中，将铝接低电压电流电源的阳极，在电化学的作用 下，铝表面生成一层多孔、高电阻率的氧化层薄膜， 经过后继处理，可以提高铝及铝合金的表面硬度和耐 磨性，有的可以进行着色等处理，应用广泛。30铝合金微弧氧化表面处理，不同于铝阳极表面氧化技 术，所形成的陶瓷膜也远比阳极氧化膜具有更多的功 能和更好的性能。工件成分不同、工作液成分、脉冲电源波形和工艺参 数不同，微弧氧化后的表面陶瓷层具有不同的功能。一、微弧氧化后的表面陶瓷层的功能和用途1、高硬度、抗磨表层：可高于淬火钢、硬

14、质合金；2、减磨表面：形成含有微孔的陶瓷表层，在使用传统 的润滑剂后，摩擦系数可降低0.120.06。3、耐腐蚀表面：4、电绝缘层315、热稳定、绝热、隔热表层：短时间可承受 800900度，甚至高于2000度6、光吸收与反射表层：生成彩色表层7、催化活性表层8、抑制生物、细菌表层9、亲生物层二、微弧氧化表面技术和工艺特点原理：利用400500V高压电源产生电火花在铝合金 表面微弧放电，使铝和工作液中的氧在瞬时高温下发 生电、物理、化学反应，生成三氧化二铝的陶瓷薄层 ，牢固地生长在原铝合金的表面上。 32厚度1200微米，硬度10001500HV。3层：过渡层、致密层、疏松层。33三、微弧氧化工艺及设备3435四、微弧氧化技术在铝镁钛合金中的应用前景采用微弧技术，在铝表面上原位生成陶瓷层，厚度可 达100300微米，显微硬度可达10001500HV，硬度 高于淬火钢，且具有较低的摩擦系数。用带有这种陶瓷的铝合金部件做成的摩擦配合副，比 钢的使用寿命高10倍以上。36