第七讲特种加工技术.pdf

特种加工技术 黄传真 山东大学先进射流工程技术研究中心 一、激光加工 （一）激光加工系统的组成及其特性 • 激光器 ：固体激光器（具有稳定性好的 特点，但能量效率低一般＜3％，由于输 出能量小，主要用于打孔和点焊及薄板 的切割） ，光泵 ，聚光器 ，谐振腔 。 气体激光器 ：分子激光的二氧化碳（CO2 ） 和离子激光的氩气（Ar） • 聚焦系统 • 电气系统 （二）激光加工的合理工作参数 1．激光打孔尺寸及其精度的控制 • 孔径控制 ：对于熔点高、导热性好的材料可实现孔 径0.01-lmm微小孔加工，最小孔径可达0.00lmm 。 • 孔深度控制 ：对于孔径小的深孔宜用激光多次照 射，并用短焦距（15～30mm ）的物镜打孔。 • 提高激光加工孔的圆度： • 降低打孔的锥度： • 硬脆材料激光打孔的实用参数 ：用YAG激光加工机 对红宝石和金刚石打孔，当孔径为0.05mm时，单个 脉冲的激光能量为0.05-1J，每秒脉冲数约为20个；加 工Si N 、SiC和Al O 等陶瓷，当孔径为0.25-l.5mm时, 3 4 2 3 单个脉冲激光能量为5-8J，每秒脉冲数为5-10个，脉 冲宽度0.63ms，辅助气体用空气或N2 。 2．激光切割的合理工作参数 • 激光切割速度 ：切割6mm厚度碳素钢板的速度达2.5m ／min，而厚度为12mm钢板仅为0.8m/min。切割 15.6mm厚胶合板为4.5m/min，切割35mm厚丙烯酸酯 板的速度则达27m/min。 • 切缝宽度 ：一般在0.5mm左右，切割精度可达 ±0.02～0.01mm。 • 切割厚度 ：切割碳素钢时，1kW级激光器的极限切割 厚度为9mm，1.5kW级为12mm，2.5kW级为19mm； 2.5kw级切割不锈钢的最大切割厚度则为15mm。对于 厚板切割则需配置3kw以上的高功率激光器。 • 辅助气体提高切割效率和切口质量：金属表面激光 反射率可达95%，使激光能量不能有效射入金属表面。 喷吹氧气能促进金属表面氧化，可提高对激光的吸 收率来提高切割效率。 3 ．激光加工技术发展趋势 • 优化激光工作参数。建立加工作业标准 和相应的数据库 • 发展激光多工位分时综合加工 • 研究大功率、高寿命和小型化的微光装 置 二、水喷射加工 1. 加工装置 • 超高压水射流发生器 • 磨料混合和液流处理：前混式 ，后混式 • 喷嘴：金刚石喷嘴的寿命一般约200h • 数控的三维切割机床：具有三轴联动功 能，一般其定位精度≤0.2mm，重复定位 精度≤±0.05mm。 • 外围设备：包括成型切割加工的CAD/CAM 系统和全封闭防护罩等。 2．工艺参数 • 1）水束直径五末束直径的波动； • 2）喷射流的压力； • 3）喷射流的流速； • 4）磨料流速，它决定了喷射流中的磨料含量 和磨料的耗量。过高或过低的磨料含量将使切 割速度降低； • 5）磨料类型，通常在射流中加入氧化物系刚 玉类磨料以改善加工性能和提高材料去除率。 在切割薄的和软的金属以及非金属时，可使用 甘油、长链聚合物或聚乙烯作磨料。 3．提高水喷射加工精度的控制技术 • 水喷射加上精度主要有轮廓形状精度及切缝 （或孔径）的尺寸精度。 • 对于前者应设法减少跟踪误差，可通过采用带 有前馈控制和速度变化前瞻控制的数控补偿软 件以及合理的工艺参数以减少切割拐角处的喷 射偏离，获得良好的轮廓和切口形状。对于后 者，如有高的孔径精度要求时，需进一步应用 智能化控制技术，其中神经网络技术是一个有 效的措施。 3．提高水喷射加工精度的控制技术 • 加工斜孔时，采用水喷射加工可以方便地调 整空间喷射角度，且不存在钻头折断的危险。 但是要获得0.01mm的孔径精度，要求在穿透 缸壁的瞬间关闭液流束，应用可编程控制器 （PLC）对加工时间控制。 • 水喷射加工在穿透孔壁时的特征信息是声音