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1、1. 领会：记忆规定的有关知识点的主要内容，并能够领会和理解规定的有关知识点的内涵和外延，熟悉其内容要点和它们之间的区别和联系，作出正确的解释、说明和阐述。20%2. 掌握：掌握有关的知识点，正确理解和记忆相关内容的原理、方法和步骤。40%3. 熟练掌握：必须掌握的核心内容和重要知识点。40%第九章 电子束和离子束加工一、领会1. 电子束的基本原理电子束的加工是在真空调件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度（速度可达1.6*105km/s）冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间内，其能量的大部分转化为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料局部熔化和气化
2、，而实现加工的目的，称为电子束热加工；另一种利用电子束的非热效应，功率密度较小的电子束流和电子胶相互作用，电能转换为化学能，产生辐射化学或物理效应，使电子胶的分子链被切断或重新组合形成分子量的变化以实现电子束曝光，可实现表面微槽或其他几何形状的刻蚀加工。2. 工艺特点1） 由于电子束能够极其微细地聚焦，甚至能聚焦到0.1m，所以加工面积很小，是一种精密微细的加工方法2） 电子束能量密度高，在极微小束斑上能达到106109W/cm2，使照射部分的温度超过材料的熔化和气化温度，去除材料主要靠瞬时蒸发，是一种非接触式加工。工件不受机械力作用，不产生宏观应力和变形，可加工脆性、韧性、导体、半导体、非导
3、体材料3） 由于电子束的能量密度高，且能量利用率达90%以上，因而加工生产率很高4） 可以通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等进行直接控制，所以整个加工过程便于实现自动化。5） 由于电子束加工在真空中进行，因而污染少，加工表面不氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，及纯度要求极高的半导体材料6） 价格昂贵，生产应用有一定局限性3. 电子束的加工设备组成：电子枪（获得电子束）、真空系统（避免与气体分子之间的碰撞）、控制系统、电源（稳定性要求高）4. 电子束加工可用于：打孔、切割、蚀刻、焊接（利用电子束作为热源的焊接工艺）、热处理、曝光等5. 离子束加工的基本原理和特点1） 基本原理
4、利用离子束对材料进行成形和表面改性的加工方法。在真空条件下，将离子源产生的离子经过电场加速，获得具有一定速度的离子投射到材料表面，产生溅射效应和注入效应。离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，所以离子束比电子束具有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量来加工的。2） 撞击和溅射效应 具有一定动能的离子斜射到工件材料表面时，可将表面的原子撞击出来，如果工件直接作为离子轰击靶材，工件表面就会受到离子刻蚀3） 注入效应 离子能量足够大并且垂直工件表面撞击时，离子就会钻进工件表面6. 离子束加工的特点1） 加工精度高，易精确控制。离子束可以通过光学系统进行聚焦扫描，共聚焦光斑可达1m以内，可以精
5、确控制尺寸范围；离子束轰击材料是逐层去原子的，所以离子刻蚀可以达到毫微米级（0.001m）的加工精度。离子注入深度和浓度也可精确控制2） 污染少，在高真空中进行，污染少，特别适合于加工易氧化的金属、合金及半导体3） 加工应力、变形极小。离子束加工是原子级分子级的微细加工，其宏观压力很小，适合于各类材料的加工，而且加工表面质量高。7. 离子束设备组成：离子源（又称离子枪，产生离子束流）、真空系统、控制系统、电源8. 离子束加工应用：利用离子撞击和溅射效应的离子束刻蚀、离子溅射镀膜和离子镀，利用离子注入效应的离子注入第八章 超声波加工电火花和电化学加工都只能加工金属导电材料，不易加工不导电的非金属
6、材料，超声波加工不仅能加工硬质合金、淬火钢等硬脆金属材料，而且更适合于不导电的非金属硬脆材料（硅片、锗片、陶瓷、玻璃）的精密加工和成形加工，还可用于清洗、探伤、焊接。一、 领会1. 超声波概念频率超过16000Hz的声波，称为超声波。其波长短，能量大，传播过程反射、折射、共振、损耗等现象显著，在空气中会迅速衰减。2. 超声波加工的基本原理超声波加工是利用工具端面做超生振动，通过磨料悬浮液加工脆性材料的一种成形加工方法。超声波发生器产生1.6万Hz以上高频交流电源，输送给超声换能器，产生超生波振动，并借助变幅杆将振幅放大到0.050.1mm，使变幅杆下端的工具产生强烈振动，含有水与磨料的悬浮液由
7、工具带动也产生强烈振动，冲击工件表面。加工时，工具以很小的压力压在工件上。工件表面受到磨料以很大的速度和加速度的不断冲击，被粉碎成很细的微粒，从工件表面上脱落。循环流动的悬浮液带走脱落下来的微粒，并使磨料不断更新。工件连续进给，加工持续进行，工具的形状便复印在工件上，直到达到要求的尺寸。超声波加工是磨料在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合效果，其中磨料的撞击作用是主要的。特别适合加工硬脆材料，工具材料选用韧性材料3. 超声波加工的特点1） 特别适合加工各种硬脆材料。尤其是电火花等无法加工的不导电非金属材料，如玻璃、陶瓷、人造宝石、半导体2） 加工精度高、表面粗糙度好。加工
8、表面无组织改变、残余应力及烧伤3） 工件在加工过程中受力小，对于加工薄壁、窄缝等低刚度工件非常有利4） 加工出工件形状与工具形状一致。只要将工具做成不同的形状和尺寸就可以加工出各种复杂形状的型孔、型腔、成形表面，不需要使工具和工件做较复杂的相对运动5） 与电火花加工、电解加工相比，采用超声波加工硬质金属材料的效率低4. 超声波加工设备组成：超声波发生器（将工频交流电转化成有一定功率超声频电信号以提供往复运动和去除被加工材料的能量）、超声振动系统（将高频振荡电能转换为机械振荡能。包括：超声换能器、变幅杆、工具）、超声加工机床本体、磨料悬浮液冷却及循环系统（工作液最常用水，也用煤油、机油来提高加工
9、表面质量，磨料一般为碳化硼、氧化铝，加工硬质合金用碳化硼，金刚石用金刚石粉，颗粒越大，效率越高，但粗糙度越差）。5. 超声波换能器的作用与形式作用：将高频电能（大于1.6万Hz的交流电）转变为高频率的机械振荡（即超声波）形式：压电效应、磁致伸缩效应压电效应：石英晶体、钛酸钡等物质受到机械压缩或拉伸变形，在其两对面上将产生电压；反之在它们两对面加一定的电压，则产生机械变形现象。晶体片的厚度应为声波半波长或其整数倍。石英晶体压电效应若弱，钛酸钡是前者的2030倍，但效率及机械强度差。锆钛酸铅具有两者优点。主要用于超声波清洗、探测、小功率超声波换能器磁致伸缩效应：铁、钴、镍及其合金的长度随着所处的磁
10、场变化而产生伸长或收缩变形现象。镍在强磁场下收缩，钛和钴在磁场中伸长，磁场消失，恢复原尺寸。为减少涡流损耗，常用纯镍片叠成封闭磁路的镍棒换能器，常用于中、大功率超声波加工。镍棒的长度为超声波的半波长或整数倍，使之处于共振状态。其不能直接用于加工，必须通过一个上粗下细的变幅杆将振幅扩大520倍6. 变幅杆作用与形式作用：扩大超声波换能器的振幅，使之能达到用于加工的超声波振幅形式：圆锥型（扩大比510倍，制造方便）、指数曲线形（扩大比1020倍，制造困难）、阶梯型（扩大比20倍以上，易制造，但受负载阻力时振幅衰减严重，台阶处易应力集中而疲劳折断）。截面面积越小，能量密度就越大，振动振幅也越大。应使
11、振动杆的固有频率等于外激振动频率，处于共振状态。二、掌握7. 超声波加工工艺参数主要是指影响加工速度、加工精度、表面质量、工具磨损因素。8. 影响超声波加工速度的因素及其影响规律1） 工件振动的振幅和频率 规律：加工速度随工具振动振幅增加而线性增加，振动频率的提高，在一定范围内可提高加工速度。但随频率及振幅提高，变幅杆和工具会承受较大的交变应力，从而发生疲劳，缩短寿命；同时还会使变幅杆与工具及换能器之间能量损耗增大。固超声波加工，一般振幅0.010.1mm，频率1625kHz2） 工具对工件的静压力 规律：工具对工件存在一个最佳压力值，在此压力下，可得到最大加工速度。若压力过小，工具端面与工件
12、加工面间隙大，令磨粒对工件撞击力和打击深度降低，加工速度减小；若压力过大，则工具端面与工件加工间隙变小，磨料及悬浮液不能顺利更新，加工速度也减小3） 磨料悬浮液 磨料硬度越高，加工速度越快；磨粒粒度越粗，加工速度越快，但加工精度和表面质量变差。（工件：硬质合金、淬火钢，磨料：碳化硼、碳化硅；工件：金刚石、宝石，磨料：金刚石磨料；工件：玻璃、石英、半导体材料，磨料：电钢玉）。磨料悬浮液浓度越低，加工间隙磨粒少，在加工面积和深度较大时会出现局部无磨粒现象，使加工速度大大下降。但浓度太高时，磨粒在加工区域的循环运动和对工件撞击运动受到影响，又会导致加工速度降低，磨粒与水的质量比未0.51。水的相对生
13、产率最高，因为水的粘度小，湿润性高且有冷却性，对超声波加工有利4） 工件材料 超声波加工适于加工高脆性材料，材料越脆，承受冲击载荷能力越差，在磨粒冲击下越易粉碎去除9. 影响超声波加工精度的因素及其影响规律主要因素：工具精度、磨粒粒度、工具的横向振动、加工深度为减小工具磨损对圆孔精度影响，可将粗精加工分开，更换相应的磨粒粒度，合理选择工具材料。工具及变幅杆的横向振动会引起磨粒对孔壁的二次加工，在深度方向形成从进口到出口逐渐减小的锥度。磨粒越细，加工孔精度越高，尤其加工深孔时，细磨粒有利于减小孔的锥度。磨粒的破碎和以钝化的磨粒会影响加工精度，因此选择均匀性好的磨料，经常更换磨料，可保证加工精度，
14、提高加工速度10. 影响超声波加工表面质量的因素及其影响规律超声波加工具有较好的表面质量，不会产生表面烧伤和表面变质层。加工表面质量主要与磨料粒度、被加工材料性质有关，当磨粒粒度越大，被加工材料越脆，则加工表面粗糙度越大11. 用碳钢或不淬火工具钢制造工具，磨损较小，制造容易，疲劳强度高12. 超声波加工应用1） 超声波加工型腔、型孔，具有精度高、表面质量好优点2） 用超声波切割脆硬半导体材料3） 复合加工（超声波电解复合加工、超声波电火花复合加工、超声波复合切削）4） 超声波清洗5） 超声波焊接第七章 激光加工激光加工几乎可以加工任何材料，加工热影响区小、光束方向性好，其光束斑点可以聚焦到波
15、长级，可以进行选择性加工、精密加工一、领会1. 激光的特性1） 单色性好 激光是受激发射的，它的频率宽度很窄，比普通光源窄几个数量级，因此要比普通光源单色性好很多2） 方向性 因为从谐振腔发出的只能是反射镜多次反射后无法显著偏移谐振腔轴线的光波，所以具有很好的方向性3） 相干性 激光是受激辐射占优势，加上谐振腔的作用，各发光中心是相互密切联系的，在较长的时间有恒定的相位差，能形成稳定的干涉条纹，所以激光相干性好4） 能量密度高 2. 激光加工的原理当工作物质（红宝石、钕玻璃具有亚稳态能级结构的物质）受到光泵的激发后，便产生受激辐射跃迁，造成光放大，并通过由两个反射镜（全反射镜和部分反射镜）组成
16、的谐振腔产生振荡，由谐振腔一端输出激光，经过透镜将激光束聚焦到工件待加工表面上。该聚焦光斑直径仅有几微米到几十微米，因此能在极短的时间内熔化、气化任何材料3. 激光加工的物理过程1） 材料对激光的吸收和能量转换2） 材料的加热气化、熔化 先气化蚀除、后产生熔化蚀除3） 蚀除产物的抛出4. 激光加工的特点1） 由于激光的功率密度高，加工热作用时间短，热影响区小，因此可加工几乎任何材料，如各种金属、非金属，透明材料须色化、打毛2） 激光加工不需要工具，不存在工具损耗、更换调整问题，适于自动化连续操作3） 激光束可聚焦到微米级，输出功率可调节，加工中没有机械力作用，适于精密微细加工4） 可以透过透明的物
