02213精密加工与特种加工考点复习整理

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，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0.1μm，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106~109W/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1μm以内，可以精确控制尺寸范围；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（0.001μm）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0.05~0.1mm，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20~30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5~20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5~10倍，制造方便）、指数曲线形（扩大比10~20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。