超精密與納米加工技術(shù)ppt課件

.,超精密與納米加工技術(shù),姓名：李非凡班級：汽配（2）班學號：20140304017,.,緒論,激光加工超聲波加工電子束加工,.,激光加工工作原理,激光是一種受激輻射而得到的加強光。其基本特征：強度高，亮度大波長頻率確定，單色性好相干性好，相干長度長方向性好，幾乎是一束平行光當激光束照射到工件表面時，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴散，使斑點周圍金屬熔化，小坑內(nèi)金屬蒸氣迅速膨脹，產(chǎn)生微型爆炸，將熔融物高速噴出并產(chǎn)生一個方向性很強的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個上大下小的孔。,.,.,激光產(chǎn)生過程及特性,自發(fā)吸收-電子透過吸收光子從低能階躍遷到高能階自發(fā)輻射-電子自發(fā)地透過釋放光子從高能階躍遷到較低能階受激輻射-光子射入物質(zhì)誘發(fā)電子從高能階躍遷到低能階，并釋放光子。,.,激光器,固體激光器YAG（釔、鋁和石榴石構(gòu)成）激光器,紅寶石激光器特點:器件小、堅固、使用方便、輸出功率大氣體激光器CO2激光器,氦氖激光器結(jié)構(gòu)簡單、造價低；操作方便；工作介質(zhì)均勻，光束質(zhì)量好；能長時間較穩(wěn)定地連續(xù)工作(市場達60左右)半導體激光器砷化鎵激光器體積小、質(zhì)量輕、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單而堅固液體激光器染料激光器原理復(fù)雜,輸出波長連續(xù)可調(diào)，且覆蓋面寬,.,激光加工特點,加工材料范圍廣，適用各種金屬/非金屬材料，高熔點材料，耐熱合金及陶瓷、金剛石等硬脆材料。加工性能好，工件可離開加工機進行加工，可透過透明材料加工，可在不易達到的狹小空間加工。非接觸加工方式，熱變形小，加工精度較高?？蛇M行微細加工。激光聚焦直徑理論上可至1m以下，實際可實現(xiàn)0.01mm的小孔加工和窄縫切割。加工速度快，效率高。激光加工不僅可以進行打孔和切割，也可進行焊接、熱處理等工作。可控性好，易于自動控制。加工設(shè)備昂貴。,.,激光加工應(yīng)用,激光切割具有切縫窄、速度快、熱影響區(qū)小、省材料、成本低等優(yōu)點，并可以在任何方向上切割，包括內(nèi)尖角。可以切割鋼板、不銹鋼、鈦、鉭、鎳等金屬材料，以及布匹、木材、紙張、塑料等非金屬材料。激光焊接與打孔相比，激光焊接所需能量密度較低，不需將材料氣化蝕除，只要將工件的加工區(qū)燒熔使其粘合在一起。優(yōu)點：無焊渣，不需去除工件氧化膜，可實現(xiàn)不同材料之間的焊接，特別適宜微型機械和精密焊接。激光熱處理原理：照射到金屬表面上的激光使表面原子迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生微沖擊波會導致大量晶格缺陷形成，達到硬化。優(yōu)點：快速、不需淬火介質(zhì)、硬化均勻、變形小、硬化深度可精確控制。,.,切削,鉆孔,表面處理,鉆微孔,焊接,打標,.,.,激光模具焊接,.,超聲波加工工作原理,利用工具端面作超聲（1625kHz）振動，使工作液中的懸浮磨粒對工件表面撞擊拋磨來實現(xiàn)加工。超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通過換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C械振動，此時振幅一般很小，再通過振幅擴大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振幅增大到0.010.15mm。當工具以16000Hz以上的振動頻率作用于懸浮液磨料時，磨料便以極高的速度強力沖擊加工表面；同時由于懸浮液磨料的攪動，使磨粒以高速度拋磨工件表面；此外，磨料液受工具端面的超聲振動而產(chǎn)生交變的沖擊波和“空化現(xiàn)象”。所謂空化現(xiàn)象，是指當工具端面以很大的加速度離開工件表面時，加工間隙內(nèi)形成負壓和局部真空，在磨料液內(nèi)形成很多微空腔；當工具端面以很大的加速度接近工件表面時，空泡閉合，引起極強的液壓沖擊波，從而使脆性材料產(chǎn)生局部疲勞，引起顯微裂紋。,.,超聲波加工原理圖,.,超聲波加工特點及應(yīng)用,適用于加工各種脆性金屬材料和非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導體、寶石、金剛石等?？杉庸じ鞣N復(fù)雜形狀的型孔、型腔、形面。工具與工件不需作復(fù)雜的相對運動，機床結(jié)構(gòu)簡單。被加工表面無殘余應(yīng)力，無破壞層，加工精度較高，尺寸精度可達0.010.05mm。加工過程受力小，熱影響小，可加工薄壁、薄片等易變形零件。生產(chǎn)效率較低。采用超聲復(fù)合加工（如超聲車削，超聲磨削，超聲電解加工，超聲線切割等）可提高加工效率。,.,超聲波加工機床,超聲波加工樣件,.,.,電子束加工工作原理,真空條件下，利用電流加熱陰極發(fā)射電子束，經(jīng)控制柵極初步聚焦后，由加速陽極加速，通過透鏡聚焦系統(tǒng)進一步聚焦，使能量密度集中在直徑510m斑點內(nèi)。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上，被沖擊點處形成瞬時高溫（幾分之一微秒時間內(nèi)升高至幾千攝氏度），工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。,.,電子束加工原理圖,.,電子束加工特點及應(yīng)用,電子束束徑?。ㄗ钚≈睆娇蛇_0.01-0.05mm），而其長度可達束徑幾十倍，可加工微細深孔、窄縫。材料適應(yīng)性廣（原則上各種材料均能加工），特別適用于加工特硬、難熔金屬和非金屬材料。非接觸加工，無工具損耗；無切削力，加工時間極短，工件無變形。加工速度高，切割1mm厚鋼板，速度可達240mm/min。在真空中加工，無氧化，特別適于加工高純度半導體材料和易氧化的金屬及合金。加工設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。多用于微細加工。,.,電子束焊接,焊縫熔深大,熔寬小,焊縫金屬純度高,焊接精度高,可實現(xiàn)精密微細焊可進行薄材料的精密焊接，又可實現(xiàn)厚件焊接，但不適于大批量產(chǎn)品所有用其它焊接方法能進行熔化焊的金屬及合金都可以用電子束焊接主要用于高質(zhì)量焊接,能解決異種金屬,易氧化金屬及難熔金屬的焊接價格