超精密與納米加工技術(shù)

1、2016超精密與納米加工技術(shù)姓名：李非凡班級：汽配（2）班學(xué)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(zhì)誘發(fā)電子光子射入物質(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(jìn)行加工，可透過透明材料加工，可在不易達(dá)到加工性能好，工件可離開加工機進(jìn)行加工，可透過透明材料加工，可在不易達(dá)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(jìn)行微細(xì)加工。激光聚焦直徑理論上可至可進(jìn)行微細(xì)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(jìn)行打孔和切割，也可

3、進(jìn)行焊接、熱處理等工作。激光加工不僅可以進(jìn)行打孔和切割，也可進(jìn)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?？煽匦院茫子谧詣涌刂?。加工設(shè)備昂貴。激光加工應(yīng)用激光加工應(yīng)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(biāo)打標(biāo)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(zhuǎn)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(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通過換能器將

4、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(dāng)工具以當(dāng)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；此

5、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(dāng)工具端面以很大的加速度。所謂空化現(xiàn)象，是指當(dāng)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(fù)壓和局部真空，在磨料液內(nèi)形成很多離開工件表面時，加工間隙內(nèi)形成負(fù)壓和局部真空，在磨料液內(nèi)形成很多微空腔；當(dāng)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(dāng)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(yīng)用超聲波加工

6、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、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(dǎo)體、寶石、金剛石等半導(dǎo)體、寶石、金剛石等 。 可加工各種復(fù)雜形狀的型孔、型腔、形面?？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。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(dá)可達(dá)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、薄

7、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，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(jìn)極初步聚焦后，由加速陽極加速，通過透鏡聚焦系統(tǒng)進(jìn)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(nèi)。斑點內(nèi)。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上，被沖擊點處形高速而能量密集的

8、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），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。工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。 特點及應(yīng)用電子束束徑小（最小直徑可達(dá)電子束束徑?。ㄗ钚≈睆娇蛇_(dá)0.01-0.05mm0.01-0.05mm），而其長度可達(dá)束徑幾十倍，），而其長度可達(dá)束徑幾十倍，可加工微細(xì)深孔、窄縫。可加工微細(xì)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。金屬和非金屬材料。 非接觸加工，無工

9、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(dá)厚鋼板，速度可達(dá)240mm/min240mm/min。 在真空中加工，無氧化，特別適于加工高純度半導(dǎo)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(dǎo)體材料和易氧化的金屬及合金。及合金。 加工設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。多用于微細(xì)加工。加工設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。多用于微細(xì)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(xì)焊可實現(xiàn)精密微細(xì)焊可進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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