超精密與納米加工技術

1、2016超精密與納米加工技術姓名：李非凡班級：汽配（2）班學號：20140304017緒論激光產(chǎn)生過程及特性激光產(chǎn)生過程及特性自發(fā)吸收自發(fā)吸收 - 電子透過吸收光子從低電子透過吸收光子從低能階躍遷到高能階能階躍遷到高能階 自發(fā)輻射自發(fā)輻射 - 電子自發(fā)地透過釋放光電子自發(fā)地透過釋放光子從高能階躍遷到較低能階子從高能階躍遷到較低能階 受激輻射受激輻射 - 光子射入物質誘發(fā)電子光子射入物質誘發(fā)電子從高能階躍遷到低能階，并釋放光從高能階躍遷到低能階，并釋放光子。子。激光器激光器激光加工特點激光加工特點加工材料范圍廣，適用各種金屬加工材料范圍廣，適用各種金屬/ /非金屬材料，高熔點材料，耐熱合金及陶瓷

2、、金非金屬材料，高熔點材料，耐熱合金及陶瓷、金剛石等硬脆材料。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。的狹小空間加工。 非接觸加工方式，熱變形小，加工精度較高。非接觸加工方式，熱變形小，加工精度較高。 可進行微細加工。激光聚焦直徑理論上可至可進行微細加工。激光聚焦直徑理論上可至1m1m以下，實際可實現(xiàn)以下，實際可實現(xiàn)0.01mm0.01mm的小的小孔加工和窄縫切割?？准庸ず驼p切割。 加工速度快，效率高。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

3、進行焊接、熱處理等工作。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。加工設備昂貴?？煽匦院?，易于自動控制。加工設備昂貴。激光加工應用激光加工應用切削切削鉆孔鉆孔表面處理表面處理鉆微孔鉆微孔焊接焊接打標打標激光模具焊接激光模具焊接工作原理利用工具端面作超聲（利用工具端面作超聲（161625kHz25kHz）振動，使工作液中的懸浮磨粒對工件表）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。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變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通過換能器

4、將超聲頻電振蕩轉變?yōu)槌暀C械振動，此時振幅一般很小，再通過換能器將超聲頻電振蕩轉變?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0.010.010.15mm0.15mm。當工具以當工具以16 000 Hz以上的振動頻率作用于懸浮液磨料時，磨料便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)生交變的高速度拋磨工件表面；

5、此外，磨料液受工具端面的超聲振動而產(chǎn)生交變的沖擊波和沖擊波和“空化現(xiàn)象空化現(xiàn)象”。所謂空化現(xiàn)象，是指當工具端面以很大的加速度。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，加工間隙內形成負壓和局部真空，在磨料液內形成很多離開工件表面時，加工間隙內形成負壓和局部真空，在磨料液內形成很多微空腔；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。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原理圖超聲波加工特點及應用超聲波加

6、工特點及應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、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、金剛石等半導體、寶石、金剛石等 。 可加工各種復雜形狀的型孔、型腔、形面。可加工各種復雜形狀的型孔、型腔、形面。 工具與工件不需作復雜的相對運動，機床結構簡單。工具與工件不需作復雜的相對運動，機床結構簡單。 被加工表面無殘余應力，無破壞層，加工精度較高，尺寸精度被加工表面無殘余應力，無破壞層，加工精度較高，尺寸精度可達可達0.010.010.05mm 0.05mm 。 加工過程受力小，熱影響小，可加工薄壁、薄片等易變形零件。加工過程受力小，熱影響小，可加工薄壁、

7、薄片等易變形零件。 生產(chǎn)效率較低。采用超聲復合加工（如超聲車削，超聲磨削，生產(chǎn)效率較低。采用超聲復合加工（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一步聚焦，使能量密度集中在直徑5 510m10m斑點內。斑點內。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上，被沖擊點處形高速而能量密集

8、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升高至幾千攝氏度），成瞬時高溫（幾分之一微秒時間內升高至幾千攝氏度），工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。 特點及應用電子束束徑小（最小直徑可達電子束束徑?。ㄗ钚≈睆娇蛇_0.01-0.05mm0.01-0.05mm），而其長度可達束徑幾十倍，），而其長度可達束徑幾十倍，可加工微細深孔、窄縫?？杉庸の⒓毶羁住⒄p。 材料適應性廣（原則上各種材料均能加工），特別適用于加工特硬、難熔材料適應性廣（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。金屬和非金屬材料。 非接觸加工，無

9、工具損耗；無切削力，加工時間極短，工件無變形。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，切割加工速度高，切割1mm1mm厚鋼板，速度可達厚鋼板，速度可達240mm/min240mm/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。及合金。 加工設備較復雜，投資較大。多用于微細加工。加工設備較復雜，投資較大。多用于微細加工。 焊縫熔深大焊縫熔深大,熔寬小熔寬小,焊縫金屬純度高焊縫金屬純度高,焊接精度高焊接精度高,可實現(xiàn)精密微細焊可實現(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量焊