第九章 其他現(xiàn)代加工方法

1、第九章 其他現(xiàn)代加工方法第一節(jié) 化學加工第二節(jié) 等離子加工第三節(jié) 擠壓珩磨第四節(jié) 水射流切割第五節(jié) 磁性磨料研磨和磁性磨料電解研磨加工第六節(jié) 鋁合金微弧氧化表面陶瓷化處理技術(shù)第一節(jié) 化學加工Chemical Machining，CHM 利用酸、堿或鹽的溶液對工件材料的腐蝕溶解作用，以獲得所需形狀、尺寸或表面狀態(tài)的工件的特種加工 應用： 化學銑切 光化學腐蝕 化學拋光 化學鍍膜一、化學銑切Chemical Milling，CHM (一）化學銑切的原理、特點、應用范圍 1、原理：大面積、深尺寸的化學蝕刻 2、特點 優(yōu)點： 加工任何難切削金屬 適于大面積加工、多件加工 加工中無應力、裂紋、毛刺，Ra

2、2.5-1.5 加工操作技術(shù)簡單 2、特點 缺點 不適宜加工窄而深的槽和型孔，難以加工出尖角或深槽 原材料中缺陷和表面不平度、劃痕等不易消除 腐蝕液對設備和人體有危害、不環(huán)保 化學銑削不適合于加工疏松的鑄件和焊接的表面 不高，一般為0.050.15毫米 3、應用范圍 化學銑削適合于在薄板、薄壁零件表面上加工出淺的凹面和凹槽 如飛機的整體加強壁板、蜂窩結(jié)構(gòu)面板、蒙皮和機翼前緣板等。 用于減小鍛件、鑄件和擠壓件局部尺寸的厚度，以及蝕刻圖案等，加工深度一般小于13毫米。 （二）、工藝過程 1、工件表面預處理、涂保護膠、固化、刻型、腐蝕、清洗和去保護層等工序 2、保護膠一般用氯丁橡膠或丁基橡膠等 3、

3、刻型一般用小刀沿樣板輪廓切開保護層，并使之剝除二、光化學腐蝕加工Optical Chemical Machining，OCM 照相復制和化學腐蝕相結(jié)合的技術(shù)，在工件表面加工出精密復雜的凹凸圖形，或形狀復雜的薄片零件的化學加工法 包括光刻、照相制版、化學沖切(或稱化學落料)和化學雕刻等 與化學蝕刻區(qū)別： 不用人工刻形、劃線，用照相感光確定工件表面要蝕刻的圖形（一）照相制版原理和工藝1、原理利用照相復制和化學腐蝕相結(jié)合的技術(shù)制取金屬印刷版的化學加工方法光刻和化學雕刻等加工工藝的基礎2、工藝過程過程：1）把所需文字和圖像按要求縮放到底片上，再將底片貼合在涂有感光膠的金屬板上進行曝光，經(jīng)過顯影在金屬板

4、上形成所需要文字或圖像的感光膠膜2）對膠膜進行抗蝕性處理，使之成為一種有很強的耐酸堿性、有光澤的琺瑯質(zhì)薄層。3）再將金屬板浸入硝酸或三氯化鐵溶液中，無琺瑯質(zhì)膠膜的金屬表面便被腐蝕溶解，形成凸出的文字或圖像的印刷版（二）光刻加工的原理和工藝1.原版制作原版制作2.光刻光刻涂膠涂膠暴光暴光顯影與烘片顯影與烘片刻蝕刻蝕剝膜與檢查剝膜與檢查光學光刻原理與印像片相 同 ， 只 是用 涂 覆 了 感光膠(抗蝕劑)的硅片取代了 相 紙 ， 掩模 版 取 代 了底片。UV光光母板母板掩膜掩膜光刻膠光刻膠SiO2光刻膠光刻膠SiO2 曝光：將掩模覆蓋在涂有光刻膠的硅片上，曝光：將掩模覆蓋在涂有光刻膠的硅片上，掩

5、模相當于照相底片，一定波長的光線通過掩模相當于照相底片，一定波長的光線通過這個這個“底片底片”，使光刻膠獲得與掩模圖形同，使光刻膠獲得與掩模圖形同樣的感光圖形。樣的感光圖形。 顯影與后烘：曝光之后進行顯影、定影、堅顯影與后烘：曝光之后進行顯影、定影、堅膜等步驟，在光刻膠膜上有的區(qū)域被溶解掉膜等步驟，在光刻膠膜上有的區(qū)域被溶解掉，有的區(qū)域保留下來，形成了版圖圖形。，有的區(qū)域保留下來，形成了版圖圖形。 刻蝕：把經(jīng)曝光、顯影后光刻膠微圖形中下刻蝕：把經(jīng)曝光、顯影后光刻膠微圖形中下層材料的裸露部分去掉，即在下層材料上重層材料的裸露部分去掉，即在下層材料上重現(xiàn)與光刻膠相同的圖形?，F(xiàn)與光刻膠相同的圖形。

6、光刻工藝圖示光刻工藝圖示 涂光刻膠涂光刻膠 曝光曝光 顯影與后烘顯影與后烘 腐蝕腐蝕 剝膠剝膠 光刻加工過程光刻加工過程第二節(jié) 等離子加工Plasma Arc Machining，PAM一、基本原理 1、等離子體： 高溫電離的氣體 氣體原子或分子在高溫下獲得能量后離解成帶正電荷的離子和帶負電的自由電子 整體正負電荷數(shù)值相等2、等離子弧加工 利用電弧放電使氣體電離成過熱的等離子氣體流束，靠局部熔化及氣化來去除材料精密等離子弧切割割嘴原理a）普通雙氣等離子弧切割 b）精密等離子弧切割第三節(jié) 擠壓珩磨 又稱為流動磨料加工，主要用于復雜零件內(nèi)外表面的拋光及去毛刺。 采用一種含有磨料的具有粘彈性的物質(zhì)做

7、為擠壓珩磨介質(zhì)，在一定壓力下強迫在被加工表面流過，由磨料顆粒的刮削作用去除工件表面微觀不平材料的加工方法擠壓珩磨應用q 工作原理：q 加工裝置q 噴嘴材料及工作條件 項目項目 材料材料 孔徑孔徑/mm 至工件距離至工件距離/mm 噴射角度噴射角度/參數(shù)參數(shù)金剛石，藍寶金剛石，藍寶石，淬火鋼石，淬火鋼0.0750.42.550030利用超高壓水（或水與磨料的混合液）對工件利用超高壓水（或水與磨料的混合液）對工件進行切割（或打孔），又稱高壓水切割，或進行切割（或打孔），又稱高壓水切割，或“水刀水刀”。 數(shù)控設備控制下，進行任意圖案切割；數(shù)控設備控制下，進行任意圖案切割； 高壓元件質(zhì)量可靠，易損件質(zhì)

8、優(yōu)價廉，維修成本低；高壓元件質(zhì)量可靠，易損件質(zhì)優(yōu)價廉，維修成本低； 鉆孔及切割功能設備可一次完成，降低切割成本；鉆孔及切割功能設備可一次完成，降低切割成本； 加工一次成型，切口光滑，可節(jié)省時間及制造成本；加工一次成型，切口光滑，可節(jié)省時間及制造成本； 無毒害、無粉塵、無污染，為操作人員提供更健康的無毒害、無粉塵、無污染，為操作人員提供更健康的工作環(huán)境；工作環(huán)境； 切縫窄，可減少大量廢棄材料的產(chǎn)生；切縫窄，可減少大量廢棄材料的產(chǎn)生； 相對其它同類切割設備，加工成本低廉。相對其它同類切割設備，加工成本低廉。 根據(jù)設計及工件材質(zhì)的不同，可以非常方便、快捷的根據(jù)設計及工件材質(zhì)的不同，可以非常方便、快捷

9、的進行調(diào)整，極大的縮短從接單至成品產(chǎn)出的時間，為進行調(diào)整，極大的縮短從接單至成品產(chǎn)出的時間，為您的企業(yè)帶來更多的商機和更大的利潤。您的企業(yè)帶來更多的商機和更大的利潤。 切割精度切割精度： 0.051-0.254mm,0.051-0.254mm,取決于機器精度、切割取決于機器精度、切割工件大小及厚度。工件大小及厚度。 切割縫隙切割縫隙： 與工作材質(zhì)大小厚薄和噴嘴有關(guān)。純水與工作材質(zhì)大小厚薄和噴嘴有關(guān)。純水切割之切口約為切割之切口約為0.1-1.1mm0.1-1.1mm，磨料水混流切割之切口，磨料水混流切割之切口約為約為0.8-1.8mm0.8-1.8mm。磨料管的直徑擴口，切口愈大。磨料管的直徑

10、擴口，切口愈大。 切割產(chǎn)生的斜邊：切割產(chǎn)生的斜邊： 取決于切割速度。好的切割品質(zhì)取決于切割速度。好的切割品質(zhì)單側(cè)斜邊為單側(cè)斜邊為0.076-0.102mm0.076-0.102mm。 應用：應用： 復雜曲線圖案、厚、脆、易碎、怕熱及多種復雜曲線圖案、厚、脆、易碎、怕熱及多種材質(zhì)復合之材料。材質(zhì)復合之材料。 高壓水射流切割大理石高壓水射流切割大理石高壓水射流加工的零件高壓水射流加工的零件鉆削的鉆削的0.8mm 孔孔切割切割7cm 厚不銹鋼厚不銹鋼微小零件銑削微小零件銑削第五節(jié) 磁性磨料研磨和磁性磨料電解研磨加工 通過在磁場作用下形成的磁流體使懸浮其中的非磁性磨粒能在磁流體的流動力和浮力作用下壓向

11、旋轉(zhuǎn)的工件進行研磨和拋光，從而能提高精整加上的質(zhì)量和效率 可以獲得Ra0.01m的無變質(zhì)層的加上表面，并能研拋復雜表面形狀的工件。由于磁場的磁力線及由其形成的磁流體本身不直接參與材料的去除故稱之為磁場輔助加工1.磁性浮動拋光利用磁流體向強磁場方向移動，而非磁性磨粒被排斥向磁感應強度較弱的方向的特性，使懸浮于磁流體中的磨料分離出來富集在一起。磨料在磁浮力作用下，上浮壓向運動的工件。1主軸 2驅(qū)動軸 3導向環(huán) 4磁流體和磨料 5橡膠環(huán) 6陶瓷球 7浮體 8鋁座 9磁鐵 10鋼磁軛2.磁性磨料精整加工 磁性磨料在磁極N-S之間沿著磁力線有序地相互鏈接在一起，聚集成一層彈性的磁性磨料刷，當工件與它作相

12、對運動時，就進行研拋加工微弧陽極氧化微弧陽極氧化 微弧陽極氧化是將鋁及鋁合金零件置于溶液中，在電微弧陽極氧化是將鋁及鋁合金零件置于溶液中，在電極間施加高電壓，使其表面微孔中產(chǎn)生火花或微弧放電，極間施加高電壓，使其表面微孔中產(chǎn)生火花或微弧放電，從而生成氧化鋁陶瓷膜層的新技術(shù)。微弧陽極氧化又稱陽從而生成氧化鋁陶瓷膜層的新技術(shù)。微弧陽極氧化又稱陽極脈沖陶瓷化、陽極火花沉積或微等離子體氧化。極脈沖陶瓷化、陽極火花沉積或微等離子體氧化。 第六節(jié) 鋁合金微弧氧化表面陶瓷化處理技術(shù)1特點和應用特點和應用 鋁及鋁合金微弧陽極氧化與硬質(zhì)陽報氧化相比，無論在氧鋁及鋁合金微弧陽極氧化與硬質(zhì)陽報氧化相比，無論在氧化工

13、藝上或膜層性能上都有許多優(yōu)越之處。微弧氧化的工藝化工藝上或膜層性能上都有許多優(yōu)越之處。微弧氧化的工藝流程簡單，除油后即可氧化；適用范圍廣，除鋁及鋁合金、流程簡單，除油后即可氧化；適用范圍廣，除鋁及鋁合金、鋁基復合材料外，還能在鈦、鎂、鋯、鉭、鈮等金屬及其合鋁基復合材料外，還能在鈦、鎂、鋯、鉭、鈮等金屬及其合金表面生成氧化陶瓷層；氧化速度快，通常金表面生成氧化陶瓷層；氧化速度快，通常30min60min可可取得膜層厚度取得膜層厚度50 m ；溶液無侵蝕性，對環(huán)境基本無污染。；溶液無侵蝕性，對環(huán)境基本無污染。 微弧陽極氧化形成的陶瓷膜層具有伏良的綜合性能：微弧陽極氧化形成的陶瓷膜層具有伏良的綜合性

14、能： (1) 耐蝕性能高，經(jīng)耐蝕性能高，經(jīng)5NaCl中性鹽霧腐蝕試驗，其耐蝕能中性鹽霧腐蝕試驗，其耐蝕能力達力達1000h以上。以上。 (2) 硬度高，耐磨性好，膜層硬度高達硬度高，耐磨性好，膜層硬度高達HV8002500，取，取決于材料及工藝，明顯高于硬質(zhì)陽極氧化。磨損試驗表明陶決于材料及工藝，明顯高于硬質(zhì)陽極氧化。磨損試驗表明陶瓷膜具有與硬質(zhì)合金相當?shù)哪湍バ阅?，比硬鉻鍍層高瓷膜具有與硬質(zhì)合金相當?shù)哪湍バ阅?，比硬鉻鍍層高75以以上；陶瓷膜還具有摩擦系數(shù)較低的特點。上；陶瓷膜還具有摩擦系數(shù)較低的特點。 (3) 電絕緣性能好，體絕緣電阻率可達電絕緣性能好，體絕緣電阻率可達5 1010 cm，在，

15、在干燥空氣中的擊穿電壓為干燥空氣中的擊穿電壓為3000V5000V。 (4) 導熱系數(shù)小，膜層具有良好的隔熱能力。導熱系數(shù)小，膜層具有良好的隔熱能力。 (5) 外觀裝飾性好，可按使用要求大面積加工成各種不外觀裝飾性好，可按使用要求大面積加工成各種不同顏色及不同花紋的膜層。同顏色及不同花紋的膜層。 微弧陽極氧化新技術(shù)問世以來，雖尚未投入大規(guī)模生產(chǎn)，微弧陽極氧化新技術(shù)問世以來，雖尚未投入大規(guī)模生產(chǎn)，但已引起人們的普遍關(guān)注，在許多工業(yè)領域有著廣闊的應用前但已引起人們的普遍關(guān)注，在許多工業(yè)領域有著廣闊的應用前景。航空、航天、石油、化工等部門應用的鋁合金零部件，如景。航空、航天、石油、化工等部門應用的鋁

16、合金零部件，如葉片、輪箍、傳動元件、氣動元件及密封件等經(jīng)微弧氧化后，葉片、輪箍、傳動元件、氣動元件及密封件等經(jīng)微弧氧化后，表面耐蝕性、耐磨性明顯提高。電子、電工產(chǎn)品及儀器、儀表表面耐蝕性、耐磨性明顯提高。電子、電工產(chǎn)品及儀器、儀表中的某些零件應用微弧氧化直接進行絕緣處理，以取代包覆絕中的某些零件應用微弧氧化直接進行絕緣處理，以取代包覆絕緣材料的常規(guī)方法?？諌簷C鋁氣缸覆蓋緣材料的常規(guī)方法?？諌簷C鋁氣缸覆蓋50 m 80 m微弧氧微弧氧化膜，性能優(yōu)于硬質(zhì)氧化膜。在汽車發(fā)動機活塞上制備化膜，性能優(yōu)于硬質(zhì)氧化膜。在汽車發(fā)動機活塞上制備80 m 100 m的陶瓷膜層，具有耐燒蝕、耐磨損和隔熱的優(yōu)異性能，

17、的陶瓷膜層，具有耐燒蝕、耐磨損和隔熱的優(yōu)異性能，應用效果很好。紡織機械行業(yè)也有不少關(guān)鍵性鋁合金零件，如應用效果很好。紡織機械行業(yè)也有不少關(guān)鍵性鋁合金零件，如氣紡機的紡杯、倍捻機轉(zhuǎn)杯及儲紗輪等在試驗或試用陶瓷膜。氣紡機的紡杯、倍捻機轉(zhuǎn)杯及儲紗輪等在試驗或試用陶瓷膜。電熨斗底板進行微弧氧化處理，可起耐磨、耐熱和絕緣作用。電熨斗底板進行微弧氧化處理，可起耐磨、耐熱和絕緣作用。 2微弧氧化膜的形成微弧氧化膜的形成 通常陽極氧化是在電壓通常陽極氧化是在電壓電流曲線的法拉第區(qū)進行電流曲線的法拉第區(qū)進行的。當外加電壓繼續(xù)增加則進入非法拉第區(qū)的。當外加電壓繼續(xù)增加則進入非法拉第區(qū)(火花放電火花放電區(qū)區(qū))，將發(fā)

18、生氧化膜被擊穿，陽極氧化無法進行下去。，將發(fā)生氧化膜被擊穿，陽極氧化無法進行下去。微弧氧化突破傳統(tǒng)陽極氧化的限制，利用電極間施加很微弧氧化突破傳統(tǒng)陽極氧化的限制，利用電極間施加很高的電壓，使浸于溶液中的電極表面發(fā)生微弧放電而生高的電壓，使浸于溶液中的電極表面發(fā)生微弧放電而生成氧化膜。成氧化膜。 微弧陽極氧化的機理至今尚在探討之中，對其進行微弧陽極氧化的機理至今尚在探討之中，對其進行確切的敘述尚有困難，可以認為其最重要的標志是火花或確切的敘述尚有困難，可以認為其最重要的標志是火花或微弧放電現(xiàn)象。實驗表明，微弧氧化過程中表面產(chǎn)生的現(xiàn)微弧放電現(xiàn)象。實驗表明，微弧氧化過程中表面產(chǎn)生的現(xiàn)象，有明顯的階段

19、性，經(jīng)歷初始態(tài)絕緣膜的形成，微弧的象，有明顯的階段性，經(jīng)歷初始態(tài)絕緣膜的形成，微弧的發(fā)生，陶瓷結(jié)構(gòu)的發(fā)育，以及膜層的成長等幾個階段。發(fā)生，陶瓷結(jié)構(gòu)的發(fā)育，以及膜層的成長等幾個階段。最初階段，材料表面有大量氣泡產(chǎn)生，金屬光澤逐最初階段，材料表面有大量氣泡產(chǎn)生，金屬光澤逐漸消失，在電場作用下表面生成一層具有電絕緣特性的漸消失，在電場作用下表面生成一層具有電絕緣特性的Al2O3氧化膜。隨著時間的延長，膜厚逐漸增加，其承受氧化膜。隨著時間的延長，膜厚逐漸增加，其承受的電壓也越來越大，再加上材料表面有大量氣體生成，為的電壓也越來越大，再加上材料表面有大量氣體生成，為等離子體的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。等離子體的產(chǎn)

20、生創(chuàng)造了條件。第二階段第二階段初生的氧化膜被高壓擊穿，材料表面形成大量的等初生的氧化膜被高壓擊穿，材料表面形成大量的等離子體微弧，可以觀察到不穩(wěn)定的白色弧光。此時在電場離子體微弧，可以觀察到不穩(wěn)定的白色弧光。此時在電場作用下新的氧化物不斷生成，氧化膜的薄弱區(qū)不斷變化，作用下新的氧化物不斷生成，氧化膜的薄弱區(qū)不斷變化，白色弧光點似乎在表面高速游動。同時，在微等離子體的白色弧光點似乎在表面高速游動。同時，在微等離子體的作用下又形成瞬間的高溫高壓微區(qū)，其溫度達作用下又形成瞬間的高溫高壓微區(qū)，其溫度達2000以上，以上，壓力達數(shù)百個大氣壓，造成氧化膜熔融。等離子體微弧消壓力達數(shù)百個大氣壓，造成氧化膜熔

21、融。等離子體微弧消失后，溶液很快將熱量帶走，熔融物迅速凝固，在材料表失后，溶液很快將熱量帶走，熔融物迅速凝固，在材料表面形成多孔狀氧化膜。如此循環(huán)反復，微孔自身擴大或與面形成多孔狀氧化膜。如此循環(huán)反復，微孔自身擴大或與其他微孔連成一體，形成導電通道，從而出現(xiàn)較大的紅色其他微孔連成一體，形成導電通道，從而出現(xiàn)較大的紅色光澤的弧斑。光澤的弧斑。第三階段第三階段氧化進一步向深層滲透。一段時間后，內(nèi)層可能氧化進一步向深層滲透。一段時間后，內(nèi)層可能再次形成較完整的再次形成較完整的A12O3電絕緣層，隨著氧化膜的加厚，電絕緣層，隨著氧化膜的加厚，微等離子體造成的熔融氧化物凝固后可能在表面形成較微等離子體造

22、成的熔融氧化物凝固后可能在表面形成較完整的凝固結(jié)晶層，造成較大孔徑，導電通道封閉，使完整的凝固結(jié)晶層，造成較大孔徑，導電通道封閉，使紅色弧斑減少直至消失。然而，微等離子體現(xiàn)象依然存紅色弧斑減少直至消失。然而，微等離子體現(xiàn)象依然存在，氧化并未終止，進人第四階段即氧化、熔融、凝固在，氧化并未終止，進人第四階段即氧化、熔融、凝固平穩(wěn)階段。平穩(wěn)階段。 在鋁合金表面上形成的微弧氧化膜是由結(jié)合層、致密層在鋁合金表面上形成的微弧氧化膜是由結(jié)合層、致密層和表面層三層結(jié)構(gòu)組成，層與層之間無明顯界限，總厚度和表面層三層結(jié)構(gòu)組成，層與層之間無明顯界限，總厚度一般為一般為20 m 200 m ，最厚可達，最厚可達40

23、0 m 。三層結(jié)構(gòu)中。三層結(jié)構(gòu)中均含有大量的均含有大量的A12O3，和，和A12O3。致密層中的。致密層中的A12O3，可達，可達60以上，硬度可高達以上，硬度可高達HV3700，很耐磨。表，很耐磨。表面層較粗糙疏松，可能是由微弧濺射物和電化學沉積物所面層較粗糙疏松，可能是由微弧濺射物和電化學沉積物所形成。形成。 3工藝要點工藝要點 (1)工藝方法工藝方法 根據(jù)微弧陽極氧化過程中零件所處的極根據(jù)微弧陽極氧化過程中零件所處的極化形式可分為：直流型化形式可分為：直流型采用恒值電壓，零件為陽極；采用恒值電壓，零件為陽極；交流型交流型采用不規(guī)則正弦波電壓，零件的極性呈周期性采用不規(guī)則正弦波電壓，零件的極性呈周期性變化；陽極脈沖型變化；陽極脈沖型采用脈沖或直流加脈沖的電壓形式，采用脈沖或直流加脈沖的電壓形式，零件為陽極；交變脈沖型零件為陽極；交變脈沖型正負脈沖電壓按一定的方式正負脈沖電壓按一定的方式交替地施加在零件上。交替地施加在零件上。 (2)工藝流程工藝流程 一般零件的工藝流程為：化學除油一般零件的工藝流程為：化學除油水洗水洗去離子水洗去離子水洗微弧氧化微弧氧化水洗水洗干燥。干燥。 (2)設備設備 微弧氧化設備