第十章_复合加工

电解研磨原理图
1—弧形阴极；2—工件；3—研磨条
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10.6 复合加工的技术发展趋势
复合加工是对传统中常用的单一的机械加工、电加 工和激光加工等方法的重要发展和补充。随着精 密机械大量使用脆性材料(如陶瓷、光学玻璃和宝 石晶体等)以及电子工业要求超精密的晶体材料 (如超大规模集成电路的半导体晶片、电子枪的单 晶体LaB4和蓝宝石等)，将促使对其他能量形式 的加工机理进行深入研究，并发展出多种多样的 适用于各类特殊需求的最佳复合加工方法。
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2. 影响超声电火花复合加工效果的因素 1) 加工面积的影响 试验证明：超声电火花复合加工只适用于小面积的 穿孔或窄缝加工，当加工面积增大时，生产率反 而不如普通电火花加工，这是由于在进行大面积 电火花加工时，高频小振幅的超声振动并不能使 电极中心部位的加工产物迅速排除，容易造成搭 桥、短路等非正常放电，试验证明，一般当加工 直径小于0.5mm时，复合加工的效果才渐趋明显。
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10.4.2 超声电解复合加工
在电解加工中，一旦在工件表面形 成钝化膜，加工速度就会下降，如 果在电解加工中引入超声振动，钝 化膜就会在超声振动的作用下遭到 破坏，使电解加工能顺利进行，促 进生产率的提高。另外，如果在小 孔、窄缝加工中引入超声振动，则 可促使电解产物的排放，同样也有 利于生产率的提高。这种用超声振 动改善电解加工过程的加工工艺， 就是超声电解复合加工。
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10.5 电化学机械复合加工
电化学机械复合加工包括电解磨削、电解珩磨、电 解研磨等加工工艺，它们的材料去除机理基本相 似。
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10.5.1 电解磨削复合加工
电解磨削的工作原理图
1—导电砂轮；2—电解液；3—导电基体；4—磨料；5—阳极膜； 6—绝缘板；7—工作台；8—工件；9—电刷
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10.5.2 电解珩磨复合加工
超声-电解复合加工简图
1—换能器；2—变幅杆；3—工具；4—混合液；5—液槽；6—工件
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10.4.3 超声电解复合抛光
超声电解复合抛光是超声波加工和电解加工复合而成的一种 复合加工方法。它可以获得优于靠单一电解或单一超声波抛 光的抛光效率和表面质量。
超声电解复合抛光的加工原理图
1—工具；2—电解电源；3—电解液；4、8—工件；5—结合剂；6—磨料；7—工件；8—阳极薄膜；9—电极间隙及电解液
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10.3 化学机械复合加工
化学机械复合加工中常用的有下列两种： (1) 机械化学抛光(CMP)。机械化学抛光(CMP)的加工原理是利用比工件 材料软的磨料(如对Si3N4陶瓷用Cr2O3，对Si晶片用SiO2)，由于运 动的磨粒本身的活性以及因磨粒与工件间在微观接触区的摩擦产生的 高压、高温，使能在很短的接触时间内出现固相反应，随后这种反应 生成物被运动的磨粒的机械摩擦作用去除，其去除量约可微小至 0.1nm级。因为磨粒软于工件，故不是以磨削的作用来去除材料。如 果把软质磨粒悬浮于化学溶液中进行湿式加工，则会同时出现溶液和 磨粒两者生成的反应物，但因磨粒的吸水性而使其表面活性和接触点 温度降低，故加工效率比单用软磨粒与适量抛光剂的干式加工为低。 (2) 化学机械抛光。化学机械抛光的工件原理是由溶液的腐蚀作用形成 化学反应薄层，然后由磨粒的机械摩擦作用去除。
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10.4 超声电火花(电解)复合加工
10.4.1 超声电火花复合加工简介 1. 加工原理 利用电火花对小孔、窄缝进行精微加工时，及时排 除加工区的蚀除产物成了保证电火花精微加工能 顺利进行的关键所在。当蚀除产物逐渐增多时， 电极间隙状态变得十分恶劣，电极间搭桥、短路 屡屡发生，使进给系统一直处于进给—回退的非 正常振荡状态，使加工不能正常进行。
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10.2 复合切削加工(切削复合加工)
(1) 加热切削通过对工件局部瞬时加热，改变其物 理力学性能和表层的个相组织以降低工件在切削 区材料的强度，提高其塑性使切削加工性能改善。 它是对铸造高锰钢、无磁钢和不锈钢等难切材料 进行高效切削的一种方法。常用的有等离子弧加 热辅助车削和激光辅助车削。
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(2) 机械超声振动复合加工。这种复合加工是指将 超声振动附加在机械加工上。在切削过程中，刀 具与工件周期性地接触与离开，切削速度的大小 和方向在不断地变化。由于切削速度的变化和加 速度的出现，使得振动切削具有切削力大大减小， 切削温度明显降低，刀具寿命可以提高，加工精 度和表面质量可以提高等特点，特别是在难加工 材料(如耐热钢、不锈钢等硬韧性材料)加工中， 收到了异乎寻常的效果：常见的有超声振动车削、 超声振动钻削等。
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电解珩磨的原理如右图所 示。在普通珩磨机上增设 直流电源和电解液循环系 统，加工时将工件接电源 的正极，工具珩磨头接电 源的负极并作旋转及往复 运动。
电解珩磨原理图
1—电解液箱；2—电解液；3—珩磨头；4—工件
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10.5.3 电解研磨复合加工
电解研磨是将电解加工 与机械研磨相结合的一 种复合加工方法，用来 对外圆、内孔、平面进 行表面光整加工以至镜 面加工。
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3. 超声电火花复合加工的应用举例 超声电火花复合加工主要用于小孔或窄缝的精微加工。例如， 采用超声-RC发生器加工直径为0.25mm的小孔时，孔深 为0.4mm，加工时间仅为8s，当加工深孔时，孔径为 0.25mm，孔深为6mm(L/D=25)，加工时间为7min，当加 工孔径为0.1mm，孔深为7mm时(L/D=70)，加工时间仅 为20min。 又如利用方波脉冲加工异型喷丝孔，孔深为0.5mm，原需 20min，加超声后，仅用20s即可完成。
第10章 复 合 加 工
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10.1 概
述
复合加工的方法大多是在机械加工的同时应用流体力学、化 学、光学、电力、磁力和声波等能源进行综合加工。早期 出现的复合加工都是用来解决难切削材料的加工以及提高 其加工效率的，20世纪70年代后期以来的研究则大多着 眼于改善加工质量。 最普遍使用的复合加工大多是在定形切削刃的切削加工、非 定形切削刃的磨料加工和电火花及电解加工等常规加工方 法基础上，同时或反复使用其他能量的加工方法。此外， 也有不用上述常规的加工方法而仅依靠化学、光学和液动 力等作用的复合加工。
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10.4.4 超声电火花复合抛光
超声电火花复合抛光是超 声波加工和电火花加工复 合而成的一种复合加工方 法。这种复合抛光的加工 效率比纯超声机械抛光要 高出3倍以上，表面粗糙 度值Ra可达0.2~0.1μm。特 别适合于小孔、窄缝以及 小型精密表面的抛光。
超声电火花复合抛光原理
1—工具；2—脉冲电源；3—乳化液；4—工件