[工學]先進制造技術(shù)第3章ppt課件

1、第三章先進制造工藝技術(shù) 第三章 先進制造工藝技術(shù) 3.1 概述概述3.2 特種加工技術(shù)特種加工技術(shù)3.3 高速加工技術(shù)高速加工技術(shù) 3.4 超精細加工技術(shù)超精細加工技術(shù)3.5 快速原型制造技術(shù)快速原型制造技術(shù) 3.6微細加工技術(shù)微細加工技術(shù)第三章先進制造工藝技術(shù) 第三章先進制造工藝技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 3.1.1 機械制造工藝定義與內(nèi)涵機械制造工藝定義與內(nèi)涵 3.1.2 先進制造工藝的產(chǎn)生和開展先進制造工藝的產(chǎn)生和開展 3.1.3 先進制造工藝的特點及分類先進制造工藝的特點及分類第三章先進制造工藝技術(shù) 3.1.1 機械制造工藝定義與內(nèi)涵原資料廢品半廢品機械制造工藝定義改動外形,尺寸,性

2、能,位置機床、工具機械制造工藝三階段： 零件毛坯的成形預(yù)備階段 機械切削加工階段 外表改性處置階段機械制造工藝技術(shù)是指將原資料轉(zhuǎn)化成具有一定幾何機械制造工藝技術(shù)是指將原資料轉(zhuǎn)化成具有一定幾何外形、一定資料性能和精度要求的可用零件的一切過外形、一定資料性能和精度要求的可用零件的一切過程和方法的總稱程和方法的總稱3.1.2 先進制造工藝的產(chǎn)生和開展開展趨勢主要表達在以下幾個方面：開展趨勢主要表達在以下幾個方面：制造加工精度制造加工精度 18世紀，其加工精度為世紀，其加工精度為1mm； 19世紀末，世紀末，0.05mm； 20世紀初，世紀初，m級過渡；級過渡； 20世紀世紀50年代末，實現(xiàn)了年代末，

3、實現(xiàn)了m級的加工精度級的加工精度精細加工精細加工 目前到達目前到達10nm的精度程度。的精度程度。切削加工速度切削加工速度 20世紀前，碳素鋼，耐熱溫度低于世紀前，碳素鋼，耐熱溫度低于200C，10m/min； 20世紀初，高速鋼，世紀初，高速鋼，500-600C，30-40m/min； 20世紀世紀30年代，硬質(zhì)合金，年代，硬質(zhì)合金，800-1000C，數(shù)百米數(shù)百米/min; 目前陶瓷、金剛石、立方氮化硼，目前陶瓷、金剛石、立方氮化硼，1000C以上，一千至數(shù)千米以上，一千至數(shù)千米/min。第三章先進制造工藝技術(shù) 新型工程資料的運用新型工程資料的運用 類型：超硬資料、超塑資料、高分子資類型：

4、超硬資料、超塑資料、高分子資料、料、 復合資料、工程陶瓷等復合資料、工程陶瓷等 對制造工藝奉獻：對制造工藝奉獻： 改善刀具切削性能，改良加工設(shè)備；改善刀具切削性能，改良加工設(shè)備； 促進特種加工工藝開展。促進特種加工工藝開展。 自動化和數(shù)字化工藝配備的開展自動化和數(shù)字化工藝配備的開展 單機自動化單機自動化 系統(tǒng)自動化系統(tǒng)自動化 剛性自動化剛性自動化 柔性自動化柔性自動化 綜合綜合自動化自動化 第三章先進制造工藝技術(shù) 毛坯成形技術(shù)在向少、無余量開展毛坯成形技術(shù)在向少、無余量開展 如：熔模精細鑄造、精細鍛造、如：熔模精細鑄造、精細鍛造、 精細沖裁、冷溫擠壓等新工藝。精細沖裁、冷溫擠壓等新工藝。外表工

5、程技術(shù)的構(gòu)成和開展外表工程技術(shù)的構(gòu)成和開展外表工程：經(jīng)過外表涂覆、外表改性、外表加工、外外表工程：經(jīng)過外表涂覆、外表改性、外表加工、外表復合處置改動零件外表形狀、化學成分和組織構(gòu)造，表復合處置改動零件外表形狀、化學成分和組織構(gòu)造，以獲取與基體資料不同性能的一項運用技術(shù)。以獲取與基體資料不同性能的一項運用技術(shù)。如：電刷鍍、化學鍍、物理氣相堆積、化學氣候堆積如：電刷鍍、化學鍍、物理氣相堆積、化學氣候堆積、熱噴涂、化學熱處置、激光外表處置、離子注入等。、熱噴涂、化學熱處置、激光外表處置、離子注入等。第三章先進制造工藝技術(shù) 先進制造工藝的特點先進制造工藝的特點1.優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)2.高效高效3.低耗低耗4.干

6、凈干凈5.靈敏靈敏第三章先進制造工藝技術(shù) 電子工藝包括電子元件、部件和安裝的電子工藝包括電子元件、部件和安裝的制造工藝，其中最有代表性、特殊性，最有制造工藝，其中最有代表性、特殊性，最有出路的是：晶片制造工藝，超大規(guī)模集成電出路的是：晶片制造工藝，超大規(guī)模集成電路制造工藝，微電子器件工藝，光刻工藝，路制造工藝，微電子器件工藝，光刻工藝，離子注入工藝，鍍膜工藝，電子束焊、激光離子注入工藝，鍍膜工藝，電子束焊、激光焊、貴金屬釬焊等。焊、貴金屬釬焊等。 第三章先進制造工藝技術(shù) 通用的機械制造工藝有離散工藝過程和延續(xù)通用的機械制造工藝有離散工藝過程和延續(xù)工藝過程。按對零件的作用效果可分為改動工藝過程。

7、按對零件的作用效果可分為改動形狀的工藝過程如切削加工、改動性能形狀的工藝過程如切削加工、改動性能的工藝過程如熱處置和改動外觀性能的的工藝過程如熱處置和改動外觀性能的工藝過程如電鍍等；按零件的精細程度工藝過程如電鍍等；按零件的精細程度可分為普通工藝過程、精細工藝過程以及超可分為普通工藝過程、精細工藝過程以及超精細工藝過程；按運用的工具及能量方式不精細工藝過程；按運用的工具及能量方式不同，又可分為常規(guī)工藝、特種工藝、復合工同，又可分為常規(guī)工藝、特種工藝、復合工藝以及快速制造工藝等。藝以及快速制造工藝等。 由此可由此可見把制造工見把制造工藝方法按資藝方法按資料加工工藝料加工工藝的不同進展的不同進展分

8、類，如右分類，如右圖所示。圖所示。第三章先進制造工藝技術(shù) 1成形工藝成形工藝 成形工藝主要指將不定形成形工藝主要指將不定形的原資料塊狀、顆粒狀、液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)的原資料塊狀、顆粒狀、液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)化成所需求外形的工藝，例如鑄造、粉末冶化成所需求外形的工藝，例如鑄造、粉末冶金、塑料成形工藝。這類工藝主要用于獲得金、塑料成形工藝。這類工藝主要用于獲得毛坯或不需再加工的制品，工藝過程中，微毛坯或不需再加工的制品，工藝過程中，微粒子之間相互聚集。成形工藝的過程包括將粒子之間相互聚集。成形工藝的過程包括將原資料加熱使其變成液體，然后冷卻固化成原資料加熱使其變成液體，然后冷卻固化成一定外形，或者使原資料的固體顆

9、粒燒結(jié)、一定外形，或者使原資料的固體顆粒燒結(jié)、粘著在一同，由此而獲得工件大多為毛粘著在一同，由此而獲得工件大多為毛坯。坯。第三章先進制造工藝技術(shù) 粉末冶金的定義粉末冶金的定義: 將各種金屬和非金屬粉料均勻混合后壓制成將各種金屬和非金屬粉料均勻混合后壓制成形，再經(jīng)高溫燒結(jié)和必要的后續(xù)處置來制取金屬形，再經(jīng)高溫燒結(jié)和必要的后續(xù)處置來制取金屬資料及其制品的成形工藝方法。資料及其制品的成形工藝方法。 第三章先進制造工藝技術(shù) 3.2.4 高分子資料注射成形高分子資料注射成形粉狀塑料注入螺桿推進送進加熱區(qū)經(jīng)過分流梭噴嘴噴出注入模腔注射成形工藝過程注射成形工藝過程冷卻成形第三章先進制造工藝技術(shù) 2變形工藝變

10、形工藝 變形工藝主要包括使工件的原變形工藝主要包括使工件的原始幾何外形從一種形狀改動為另一種形狀，如鍛造、始幾何外形從一種形狀改動為另一種形狀，如鍛造、沖壓、軋制、擠壓、拉拔等。鍛造是讓加熱到一定沖壓、軋制、擠壓、拉拔等。鍛造是讓加熱到一定溫度的金屬在沖擊力或壓力作用下產(chǎn)生較大塑性變溫度的金屬在沖擊力或壓力作用下產(chǎn)生較大塑性變形，構(gòu)成所需求的工件外形；沖壓那么是利用模具形，構(gòu)成所需求的工件外形；沖壓那么是利用模具使資料在壓力作用下產(chǎn)生變形或分別。變形工藝適使資料在壓力作用下產(chǎn)生變形或分別。變形工藝適用于鐵碳合金、不銹鋼、耐熱鋼、輕有色金屬、重用于鐵碳合金、不銹鋼、耐熱鋼、輕有色金屬、重有色金屬

11、等。鍛造常用于一些重要毛坯軸、齒輪有色金屬等。鍛造常用于一些重要毛坯軸、齒輪等的消費，沖壓制品在汽車、家用電器等行業(yè)有等的消費，沖壓制品在汽車、家用電器等行業(yè)有廣泛用途。廣泛用途。第三章先進制造工藝技術(shù) 3切削工藝切削工藝 機械制造系統(tǒng)中，切削和磨削機械制造系統(tǒng)中，切削和磨削是傳統(tǒng)的機械加工方法，資料的切削是制造過程的是傳統(tǒng)的機械加工方法，資料的切削是制造過程的主要內(nèi)容，幾乎占全部工藝勞動量的主要內(nèi)容，幾乎占全部工藝勞動量的1/3以上。切以上。切削與磨削加工是用刀具或砂輪在工件表層切去一層削與磨削加工是用刀具或砂輪在工件表層切去一層余量，使工件到達要求的尺寸精度、外形、位置精余量，使工件到達要

12、求的尺寸精度、外形、位置精度和外表質(zhì)量的加工方法。由于消費效率高，加工度和外表質(zhì)量的加工方法。由于消費效率高，加工本錢低，能量耗費少，可以加工各種不同外形、尺本錢低，能量耗費少，可以加工各種不同外形、尺寸和精度要求的工件。因此，切削和磨削不斷是工寸和精度要求的工件。因此，切削和磨削不斷是工件精加工和最后成形的最重要手段。目前以致未來件精加工和最后成形的最重要手段。目前以致未來相當長的時期，切削、磨削依然是獲得精細機械零相當長的時期，切削、磨削依然是獲得精細機械零件最主要的加工方法。件最主要的加工方法。第三章先進制造工藝技術(shù) 4聯(lián)接工藝聯(lián)接工藝 聯(lián)接工藝主要指將單個聯(lián)接工藝主要指將單個工件聯(lián)接成

13、組件或最終產(chǎn)品，如機械聯(lián)接、工件聯(lián)接成組件或最終產(chǎn)品，如機械聯(lián)接、焊接、粘接和裝配等工藝。制造時先分別加焊接、粘接和裝配等工藝。制造時先分別加工單個零件，然后用聯(lián)接工藝將其結(jié)合成一工單個零件，然后用聯(lián)接工藝將其結(jié)合成一個完好的產(chǎn)品。產(chǎn)品在運用、維護和修繕時，個完好的產(chǎn)品。產(chǎn)品在運用、維護和修繕時，經(jīng)常需求裝配裝配，同樣離不開聯(lián)接工藝。經(jīng)常需求裝配裝配，同樣離不開聯(lián)接工藝。 機械聯(lián)接包括螺栓聯(lián)接、鉚接和壓力聯(lián)機械聯(lián)接包括螺栓聯(lián)接、鉚接和壓力聯(lián)接。螺栓聯(lián)接是利用螺栓、螺母、螺紋、銷接。螺栓聯(lián)接是利用螺栓、螺母、螺紋、銷等緊固件，構(gòu)成可裝配式機械聯(lián)接。鉚接是等緊固件，構(gòu)成可裝配式機械聯(lián)接。鉚接是一種

14、永久或半永久性機械聯(lián)接。壓力聯(lián)接普一種永久或半永久性機械聯(lián)接。壓力聯(lián)接普通用過盈裝配方式，如將內(nèi)件例如軸壓通用過盈裝配方式，如將內(nèi)件例如軸壓入加熱后膨脹形狀下的套件例如齒輪孔、入加熱后膨脹形狀下的套件例如齒輪孔、套筒，冷卻后套件收縮而緊緊包在內(nèi)件上。套筒，冷卻后套件收縮而緊緊包在內(nèi)件上。利用資料一定范圍內(nèi)的彈性，將一個工件強利用資料一定范圍內(nèi)的彈性，將一個工件強行壓入另一個工件內(nèi)的壓力聯(lián)接工藝，可以行壓入另一個工件內(nèi)的壓力聯(lián)接工藝，可以獲得較高的聯(lián)接強度。獲得較高的聯(lián)接強度。 第三章先進制造工藝技術(shù) 焊接是在制造系統(tǒng)內(nèi)運用極為廣泛的一種聯(lián)接焊接是在制造系統(tǒng)內(nèi)運用極為廣泛的一種聯(lián)接工藝，焊接是經(jīng)

15、過加熱或加壓或兩者并用用或不工藝，焊接是經(jīng)過加熱或加壓或兩者并用用或不用填充資料使分別的兩部分金屬構(gòu)成原子結(jié)合的用填充資料使分別的兩部分金屬構(gòu)成原子結(jié)合的一種永久性聯(lián)接方法。與鉚接比較，焊接具有節(jié)省一種永久性聯(lián)接方法。與鉚接比較，焊接具有節(jié)省資料，減輕分量，聯(lián)接質(zhì)量好，接頭密封性好，可資料，減輕分量，聯(lián)接質(zhì)量好，接頭密封性好，可接受高壓，簡化加工與裝配工序，縮短消費周期，接受高壓，簡化加工與裝配工序，縮短消費周期，易于實現(xiàn)機械化和自動化消費等優(yōu)點。但其有不可易于實現(xiàn)機械化和自動化消費等優(yōu)點。但其有不可裝配，會產(chǎn)生焊接變形、裂紋等缺陷。工業(yè)消費中裝配，會產(chǎn)生焊接變形、裂紋等缺陷。工業(yè)消費中運用的

16、焊接方法很多，常用焊接方法下如下圖。運用的焊接方法很多，常用焊接方法下如下圖。 工業(yè)消費中運用的焊接方法很多，常用焊接方法如下： 焊接在現(xiàn)代工業(yè)消費中具有非常重要的焊接在現(xiàn)代工業(yè)消費中具有非常重要的作用，廣泛運用于機械制造中的毛坯消費和作用，廣泛運用于機械制造中的毛坯消費和制造各種金屬構(gòu)造件，如高爐爐殼、建筑構(gòu)制造各種金屬構(gòu)造件，如高爐爐殼、建筑構(gòu)架、鍋爐與壓力容器、汽車車身、橋梁、礦架、鍋爐與壓力容器、汽車車身、橋梁、礦山機械、大型轉(zhuǎn)子軸、缸體等。此外，焊接山機械、大型轉(zhuǎn)子軸、缸體等。此外，焊接還用于零件的修復焊補等。還用于零件的修復焊補等。 金屬與非金屬的聯(lián)接或非金屬異種資料金屬與非金屬的

17、聯(lián)接或非金屬異種資料之間的聯(lián)接經(jīng)常采用粘接工藝實現(xiàn)。在被粘之間的聯(lián)接經(jīng)常采用粘接工藝實現(xiàn)。在被粘接外表涂一層很薄的粘接劑，粘接劑固化后接外表涂一層很薄的粘接劑，粘接劑固化后即構(gòu)成很強的粘接力。即構(gòu)成很強的粘接力。 第三章先進制造工藝技術(shù) 5資料改性工藝及外表處置工藝資料改性工藝及外表處置工藝 是指是指不改動幾何外形、僅改動工件資料性能，從不改動幾何外形、僅改動工件資料性能，從而獲得所希望目的的工藝，如資料熱處置工而獲得所希望目的的工藝，如資料熱處置工藝等。上述引見的各種工藝，都要改動工件藝等。上述引見的各種工藝，都要改動工件的幾何外形，使其可以具有一定的功能或能的幾何外形，使其可以具有一定的功

18、能或能接受一定的外載荷。調(diào)整資料性能的工藝接受一定的外載荷。調(diào)整資料性能的工藝主要指熱處置可以在不改動工件幾何外主要指熱處置可以在不改動工件幾何外形的前提下人為改動資料的顯微組織構(gòu)造，形的前提下人為改動資料的顯微組織構(gòu)造，使工件具有所要求的物理機械性能。常用調(diào)使工件具有所要求的物理機械性能。常用調(diào)整資料性能的工藝如以下圖所示。整資料性能的工藝如以下圖所示。 第三章先進制造工藝技術(shù) 6特種加工工藝特種加工工藝 特種加工是利用化學、電特種加工是利用化學、電化學、物理聲、光、熱、磁等方法對資料進展化學、物理聲、光、熱、磁等方法對資料進展加工加工,特種加工工藝主要用于各種高硬難熔及具有特種加工工藝主要

19、用于各種高硬難熔及具有特殊物理機械性能的資料和精細細小、外形復雜、特殊物理機械性能的資料和精細細小、外形復雜、難以用傳統(tǒng)切削加工工藝加工的零件。與機械加工難以用傳統(tǒng)切削加工工藝加工的零件。與機械加工方法相比，它具有一系列特點，能處理大量普通機方法相比，它具有一系列特點，能處理大量普通機械加工方法難以處理甚至不能處理的問題。因此，械加工方法難以處理甚至不能處理的問題。因此，自其產(chǎn)生以來得到迅速開展，不斷充實與擴展機械自其產(chǎn)生以來得到迅速開展，不斷充實與擴展機械制造工藝，促進工藝程度的提高。隨著新資料的大制造工藝，促進工藝程度的提高。隨著新資料的大量涌現(xiàn)，特種加工工藝也在不斷開展。量涌現(xiàn)，特種加工

20、工藝也在不斷開展。 第三章先進制造工藝技術(shù) 7快速成形工藝 是直接根據(jù)產(chǎn)品CAD的三維實體模型數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機處置后，將三維模型轉(zhuǎn)化為許多平面模型的迭加，再經(jīng)過計算機控制、制造一系列平面模型并加以結(jié)合，構(gòu)成復雜的三維實體零件。這樣，產(chǎn)品的研制周期可以顯著縮短，并可節(jié)省研制費用。第三章先進制造工藝技術(shù) 第二節(jié)第二節(jié) 現(xiàn)代特種加工技術(shù)現(xiàn)代特種加工技術(shù) 3.2.1 概述概述 3.2.2 激光加工激光加工 3.2.3 光刻蝕技術(shù)光刻蝕技術(shù) 3.2.4 電子束加工電子束加工 3.2.5 離子束加工離子束加工3.2.1概述概述一、特種加工的產(chǎn)生及開展一、特種加工的產(chǎn)生及開展1 尖端科學技術(shù)的開展方向尖端科學

21、技術(shù)的開展方向 高精度高精度 高速度高速度 高溫高溫 高壓高壓 大功率大功率 小型化小型化2 對機械制造部門提出的新要求：對機械制造部門提出的新要求：1處理各種難切削資料的加工問題處理各種難切削資料的加工問題2處理各種特殊復雜外表的加工問題處理各種特殊復雜外表的加工問題3處理各種超精、光整或具有特殊要求的零件的處理各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題加工問題 要處理機械制造部門面臨的一系列工藝問題，僅僅要處理機械制造部門面臨的一系列工藝問題，僅僅依托傳統(tǒng)的切削依托傳統(tǒng)的切削 加工方法很難實現(xiàn)，甚至根本無法加工方法很難實現(xiàn)，甚至根本無法實現(xiàn)，人們相繼探求研討新的加工方法，特種加工實現(xiàn)，人

22、們相繼探求研討新的加工方法，特種加工因此而產(chǎn)生。因此而產(chǎn)生。第三章先進制造工藝技術(shù) 切削加工的本質(zhì)和特點：切削加工的本質(zhì)和特點：1靠刀具資料比工件更硬靠刀具資料比工件更硬2靠機械能把工件上多余的資料切除靠機械能把工件上多余的資料切除 特種加工技術(shù)是指區(qū)別于傳統(tǒng)切削加工特種加工技術(shù)是指區(qū)別于傳統(tǒng)切削加工方法，利用化學、物理電、聲、光、方法，利用化學、物理電、聲、光、熱、磁或電化學方法對工件資料進展熱、磁或電化學方法對工件資料進展加工的一系列加工方法的總稱。加工的一系列加工方法的總稱。 超聲波加工超聲波加工USM、激光加工、激光加工LBM、離子束加工、離子束加工IBM、電子、電子束加工束加工EBM

23、等等 第三章先進制造工藝技術(shù) 這些加工方法包括：化學加工這些加工方法包括：化學加工CHM、電化學加工、電化學加工ECM、電化學機械加工、電化學機械加工ECMM、電火花加、電火花加工工EDM、電接觸加工、電接觸加工RHM、超聲波加工、超聲波加工USM、激光加工、激光加工LBM、離子束加工、離子束加工IBM、電子束加工電子束加工EBM、等離子體加工、等離子體加工PAM、電液、電液加工加工EHM、磨料流加工、磨料流加工AFM、磨料放射加、磨料放射加工工AJM、液體放射加工、液體放射加工HDM及各類復合加及各類復合加工等。工等。 第三章先進制造工藝技術(shù) 特種加工的特點：特種加工的特點： 1不用機械能，

24、與加工對象的機械性不用機械能，與加工對象的機械性能無關(guān)，有些加工方法，如激光加工、電能無關(guān)，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，是利用熱能、化學能、電化學能等，這些是利用熱能、化學能、電化學能等，這些加工方法與工件的硬度強度等機械性能無加工方法與工件的硬度強度等機械性能無關(guān)，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐關(guān)，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點、高強度、特殊性能的金屬腐蝕、高熔點、高強度、特殊性能的金屬和非金屬資料。和非金屬資料。第三章先進制造工藝技術(shù) 2非接觸加工，不一定需求工具，有的雖運非接觸加工，不一定需求工具

25、，有的雖運用工具，但與工件不接觸，因此，工件不接受大的用工具，但與工件不接觸，因此，工件不接受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。元件及彈性元件得以加工。 3微細加工，工件外表質(zhì)量高，有些特種加微細加工，工件外表質(zhì)量高，有些特種加工，如超聲、電化學、水放射、磨料流等，加工余工，如超聲、電化學、水放射、磨料流等，加工余量都是微細進展，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹量都是微細進展，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工外表縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工外表 。第三章先進制造工藝技術(shù) 4不存

26、在加工中的機械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)不存在加工中的機械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)變，可獲得較低的外表粗糙度，其熱應(yīng)力、剩余應(yīng)變，可獲得較低的外表粗糙度，其熱應(yīng)力、剩余應(yīng)力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩(wěn)定性好。力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩(wěn)定性好。 5兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合構(gòu)成新的復合加工，其綜合加工效果明顯，且組合構(gòu)成新的復合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推行運用。便于推行運用。 6特種加工對簡化加工工藝、變革新產(chǎn)品的特種加工對簡化加工工藝、變革新產(chǎn)品的設(shè)計及零件構(gòu)造工藝性等產(chǎn)生積極的影響。設(shè)計及零件構(gòu)造工藝性等產(chǎn)生積極的影響。第三章先進制造工藝技術(shù)

27、1、激光加工、激光加工LBM 激光加工Laser Beam Machining是20世紀60年代開展起來的一種新興技術(shù)，它是利用光能經(jīng)過透鏡聚焦后到達很高的能量密度，依托光熱效應(yīng)來加工各種資料。 由于激光加工不需求加工工具、而且加工速度快、外表變形小，可以加工各種資料，遭到了人們極大注重，已廣泛用于打孔、切割、焊接、電子器件微調(diào)、熱處置 以及信息存貯等許多領(lǐng)域。第三章先進制造工藝技術(shù) 原子的發(fā)光原子的發(fā)光 原子由原子核和繞原子核轉(zhuǎn)動的電子組成。原于的內(nèi)能就原子由原子核和繞原子核轉(zhuǎn)動的電子組成。原于的內(nèi)能就是電子繞原子核轉(zhuǎn)動的動能和電子被原子核吸引的位能之和。是電子繞原子核轉(zhuǎn)動的動能和電子被原子

28、核吸引的位能之和。假設(shè)由于外界的作用，使電子與原子核的間隔增大或減少，那么假設(shè)由于外界的作用，使電子與原子核的間隔增大或減少，那么原子的內(nèi)能也隨之增大或減少。只需電子在最接近原子核的軌原子的內(nèi)能也隨之增大或減少。只需電子在最接近原子核的軌道上運動才是最穩(wěn)定的，人們把這時原子所處的能級形狀稱為道上運動才是最穩(wěn)定的，人們把這時原子所處的能級形狀稱為基態(tài)。當外界傳給原于一定的能量時基態(tài)。當外界傳給原于一定的能量時(例如用光照射原子例如用光照射原子)，原子的內(nèi)能增，原子的內(nèi)能增加，外層電子的軌道半徑擴展，被激加，外層電子的軌道半徑擴展，被激發(fā)到高能級，為激發(fā)態(tài)或高能態(tài)。圖發(fā)到高能級，為激發(fā)態(tài)或高能態(tài)。

29、圖5-2是氫原子的能級，圖中最低的能是氫原子的能級，圖中最低的能級級E1稱為基態(tài)其他稱為基態(tài)其他E2、E3等都稱為高等都稱為高能態(tài)。能態(tài)。 圖5-2氫原子的能級第三章先進制造工藝技術(shù) 在基態(tài)時，原子可以長時間地存在，而在激發(fā)形狀的各種在基態(tài)時，原子可以長時間地存在，而在激發(fā)形狀的各種高能級的原于停留的時間高能級的原于停留的時間(稱為壽命稱為壽命)普通都較短，常在普通都較短，常在0.01m左右。但有些原于或離子的高能級或次高能級卻有較長的壽命，左右。但有些原于或離子的高能級或次高能級卻有較長的壽命，這種壽命較長的較高能級稱為亞穩(wěn)態(tài)能級。激光器中的氮原子、這種壽命較長的較高能級稱為亞穩(wěn)態(tài)能級。激光

30、器中的氮原子、二氧化碳分子以及固體激光資料中的鉻或釹離子等都具有亞穩(wěn)態(tài)二氧化碳分子以及固體激光資料中的鉻或釹離子等都具有亞穩(wěn)態(tài)能級，這些亞穩(wěn)態(tài)能級的存在是構(gòu)成激光的重要條件。能級，這些亞穩(wěn)態(tài)能級的存在是構(gòu)成激光的重要條件。 當原子從高能級躍遷回到低能級或基態(tài)時，經(jīng)常會以光子的當原子從高能級躍遷回到低能級或基態(tài)時，經(jīng)常會以光子的方式輻射出光能量，所放出光的頻率。與高能態(tài)方式輻射出光能量，所放出光的頻率。與高能態(tài)En和低能態(tài)和低能態(tài)E1之之差有如下關(guān)系：差有如下關(guān)系：式中：式中：h普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) hEEvn1 物質(zhì)的發(fā)光，除自發(fā)輻射外，還存在一種受激輻射。當一束光入射到具有大量激發(fā)態(tài)原子的系

31、統(tǒng)中，假設(shè)這束光的頻率v與 很接近，那么處在激發(fā)能級上的原子，在這束光的刺激下會躍遷回較低能級，同時發(fā)出一束光，這束光與入射光有著完全一樣的特性，它的頻率，相位、傳播方向、偏振方向都是完全一致的。因此可以以為它們是一模一樣的，相當于把入射光放大了，這樣的發(fā)光過程稱為受激輻射。二激光的產(chǎn)生 某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級構(gòu)造的物質(zhì)，在一定外來光子能量激發(fā)的條件下，會吸收光能，使處在較高能級(亞穩(wěn)態(tài))的原子(或粒子)數(shù)目大于處于低能級(基態(tài))的原于數(shù)目，這種景象，稱為“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的形狀下，假設(shè)有一束光于照射該物體，而光于的能量恰好等于這兩個能級相對應(yīng)的能量差，這時就能產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能

32、。 hEEvn1激光加工的原理與特點激光加工的原理與特點 激光是一種經(jīng)受激輻射產(chǎn)生的加強光。其光強度高，激光是一種經(jīng)受激輻射產(chǎn)生的加強光。其光強度高，方向性、相關(guān)性和單色性好，經(jīng)過光學系統(tǒng)可將激光方向性、相關(guān)性和單色性好，經(jīng)過光學系統(tǒng)可將激光束聚焦成直徑為幾十微米到幾微米的極小光斑，從而束聚焦成直徑為幾十微米到幾微米的極小光斑，從而獲得極高的能量密度獲得極高的能量密度1081010W/cm21081010W/cm2。 當激光當激光照射到工件外表，光能被工件吸收并迅速轉(zhuǎn)化為熱能，照射到工件外表，光能被工件吸收并迅速轉(zhuǎn)化為熱能，光斑區(qū)域的溫度可達光斑區(qū)域的溫度可達1000010000以上，使資料熔

33、化甚至以上，使資料熔化甚至汽化。隨著激光能量的不斷吸收，資料凹坑內(nèi)的金屬汽化。隨著激光能量的不斷吸收，資料凹坑內(nèi)的金屬蒸汽迅速膨脹，壓力忽然增大，熔融物爆炸式的高速蒸汽迅速膨脹，壓力忽然增大，熔融物爆炸式的高速放射出來，在工件內(nèi)部構(gòu)成方向性很強的沖擊波。激放射出來，在工件內(nèi)部構(gòu)成方向性很強的沖擊波。激光加工就是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊光加工就是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊 波的綜協(xié)作用過程。波的綜協(xié)作用過程。固體激光器加工原理表示圖固體激光器加工原理表示圖 1-全反射鏡；2-激光任務(wù)物質(zhì)；3-光泵鼓勵脈沖氙燈；4-部分反射鏡；5-透鏡；6-工件 d0-光斑直徑；f-透鏡焦距

34、；-發(fā)散角普通為10-210-3rad第三章先進制造工藝技術(shù) 當激光的任務(wù)物質(zhì)當激光的任務(wù)物質(zhì)(釔鋁石榴石等釔鋁石榴石等)遭到光泵激發(fā)后，吸遭到光泵激發(fā)后，吸收具有特定波長的光，在一定條件下可導致任務(wù)物質(zhì)中的收具有特定波長的光，在一定條件下可導致任務(wù)物質(zhì)中的亞穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)大于低能級粒子數(shù)。此時一旦有少量激發(fā)粒亞穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)大于低能級粒子數(shù)。此時一旦有少量激發(fā)粒子自發(fā)輻射發(fā)出光子，即可感應(yīng)一切其他激發(fā)粒子產(chǎn)生受子自發(fā)輻射發(fā)出光子，即可感應(yīng)一切其他激發(fā)粒子產(chǎn)生受激幅射躍遷，實現(xiàn)光放大，并經(jīng)過全反射鏡和部分反激幅射躍遷，實現(xiàn)光放大，并經(jīng)過全反射鏡和部分反 射射鏡組成的諧振腔的反響作用產(chǎn)生振蕩，由部分反射

35、鏡的一鏡組成的諧振腔的反響作用產(chǎn)生振蕩，由部分反射鏡的一端輸出激光，經(jīng)過透鏡將激光束聚焦構(gòu)成高能光束，照射端輸出激光，經(jīng)過透鏡將激光束聚焦構(gòu)成高能光束，照射到待加工工件的外表上，即可進展加工。到待加工工件的外表上，即可進展加工。激光加工的特點激光加工的特點1 1加工范圍廣，幾乎可加工任何金屬與非金屬資料，如耐熱合加工范圍廣，幾乎可加工任何金屬與非金屬資料，如耐熱合金、高熔點資料、陶瓷、寶石、硬質(zhì)合金和復合資料等；金、高熔點資料、陶瓷、寶石、硬質(zhì)合金和復合資料等；2 2它屬于高能束流加工，不存在工具磨損和改換及切削力影響；它屬于高能束流加工，不存在工具磨損和改換及切削力影響；3 3加工時不產(chǎn)生振

36、動和機械噪聲，加工效率高，可實現(xiàn)高速打加工時不產(chǎn)生振動和機械噪聲，加工效率高，可實現(xiàn)高速打孔和高速切割。也易于實現(xiàn)加工過程自動化；孔和高速切割。也易于實現(xiàn)加工過程自動化；4 4屬非接觸加工，工件不受機械切削力，能加工易變形的薄板屬非接觸加工，工件不受機械切削力，能加工易變形的薄板和橡膠等彈性工件；加工精度高機械變形小和橡膠等彈性工件；加工精度高機械變形小5 5加工速度快，熱影響區(qū)?。粺嶙冃涡〖庸に俣瓤?，熱影響區(qū)小；熱變形小6 6激光可透過玻璃、空氣及惰性氣體等透明介質(zhì)進展加工，如激光可透過玻璃、空氣及惰性氣體等透明介質(zhì)進展加工，如可對隔離室或真空室內(nèi)工件進展加工；可對隔離室或真空室內(nèi)工件進展加

37、工；7 7激光可以經(jīng)過聚焦，構(gòu)成微米級的光斑，輸出功率的大小又激光可以經(jīng)過聚焦，構(gòu)成微米級的光斑，輸出功率的大小又可以調(diào)理，因此可用于精細微細加工。可以調(diào)理，因此可用于精細微細加工。激光加工的根本設(shè)備激光加工的根本設(shè)備1激光器：激光器是激光加工的重要設(shè)備，它把電激光器：激光器是激光加工的重要設(shè)備，它把電能轉(zhuǎn)變成光能，產(chǎn)生激光束。目前常用的激光器按能轉(zhuǎn)變成光能，產(chǎn)生激光束。目前常用的激光器按激活介質(zhì)的種類可以分為固體激光器和氣體激光器。激活介質(zhì)的種類可以分為固體激光器和氣體激光器。2激光器電源：激光器電源為激光器提供所需求的激光器電源：激光器電源為激光器提供所需求的能量及控制功能。能量及控制功能

38、。3光學系統(tǒng)：包括激光聚焦系統(tǒng)和察看瞄準系統(tǒng)，光學系統(tǒng)：包括激光聚焦系統(tǒng)和察看瞄準系統(tǒng)，后者能察看和調(diào)整激光束的焦點位置，并將加工位后者能察看和調(diào)整激光束的焦點位置，并將加工位置顯示在投影儀上。置顯示在投影儀上。4機械系統(tǒng)：主要包括床身、能在三坐標范圍內(nèi)挪機械系統(tǒng)：主要包括床身、能在三坐標范圍內(nèi)挪動的任務(wù)臺及機電控制系統(tǒng)等。隨著電子技術(shù)的開動的任務(wù)臺及機電控制系統(tǒng)等。隨著電子技術(shù)的開展，目前已采用計算機來控制任務(wù)臺的挪動，實現(xiàn)展，目前已采用計算機來控制任務(wù)臺的挪動，實現(xiàn)激光加工的數(shù)控操作。激光加工的數(shù)控操作。1 1激光打孔：激光打孔是激光加工中運用最早和運用激光打孔：激光打孔是激光加工中運用最

39、早和運用最廣泛的一種加工方法。利用凸鏡將激光在工件上聚最廣泛的一種加工方法。利用凸鏡將激光在工件上聚焦，焦點處的高溫使資料瞬時熔化、汽化、蒸發(fā)，好焦，焦點處的高溫使資料瞬時熔化、汽化、蒸發(fā)，好似一個微型爆炸。汽化物質(zhì)以超音速放射出來，它的似一個微型爆炸。汽化物質(zhì)以超音速放射出來，它的反沖擊力在工件內(nèi)部構(gòu)成一個向后的沖擊波，在此作反沖擊力在工件內(nèi)部構(gòu)成一個向后的沖擊波，在此作用下將孔打出。激光打孔速度極快，效率極高。幾乎用下將孔打出。激光打孔速度極快，效率極高。幾乎可在任何資料上打微孔，目前已用于火箭發(fā)動機和柴可在任何資料上打微孔，目前已用于火箭發(fā)動機和柴油機的燃料噴嘴加工、鐘表及儀表中寶石軸承

40、打孔，油機的燃料噴嘴加工、鐘表及儀表中寶石軸承打孔， 激光打孔的直徑可以小到激光打孔的直徑可以小到0.01mm0.01mm以下，深徑比可達以下，深徑比可達5050：1 1。激光加工的運用激光加工的運用第三章先進制造工藝技術(shù) 2 2激光切割：與激光打孔原理根本一樣，也是將激激光切割：與激光打孔原理根本一樣，也是將激光能量聚集到很微小的范圍內(nèi)把工件燒穿，但切割光能量聚集到很微小的范圍內(nèi)把工件燒穿，但切割時需移開工件或激光束普通移開工件，沿切口時需移開工件或激光束普通移開工件，沿切口延續(xù)打一排小孔即可把工件割開?？汕懈罡鞣N各樣延續(xù)打一排小孔即可把工件割開?？汕懈罡鞣N各樣的資料，既可切割無機物，也可以

41、切割皮革之類的的資料，既可切割無機物，也可以切割皮革之類的有機物。它可以鋸切木材，剪割布料、紙張，還能有機物。它可以鋸切木材，剪割布料、紙張，還能切割無法進展機械接觸的工件如從電子管外部切切割無法進展機械接觸的工件如從電子管外部切斷內(nèi)部的燈絲。激光對被切割資料幾乎不產(chǎn)活力斷內(nèi)部的燈絲。激光對被切割資料幾乎不產(chǎn)活力械沖擊和壓力，適于切割玻璃、陶瓷和半導體等既械沖擊和壓力，適于切割玻璃、陶瓷和半導體等既硬又脆的資料。再加上激光光斑小、切縫窄，且便硬又脆的資料。再加上激光光斑小、切縫窄，且便于自動控制，所以更適宜于對細小部件作各種精細于自動控制，所以更適宜于對細小部件作各種精細切割。切割。3 3激光

42、焊接。激光焊接與激光打孔原理稍有不同，焊激光焊接。激光焊接與激光打孔原理稍有不同，焊接時不需求那么高的能量密度使工件資料汽化蝕除，接時不需求那么高的能量密度使工件資料汽化蝕除，而只需將工件的加工區(qū)燒熔，使其粘合在一同。因此而只需將工件的加工區(qū)燒熔，使其粘合在一同。因此所需能量密度較低，可用小功率激光器。與其他焊接所需能量密度較低，可用小功率激光器。與其他焊接相比，具有焊接時間短、效率高、無噴渣、被焊資料相比，具有焊接時間短、效率高、無噴渣、被焊資料不易氧化、熱影響區(qū)小、變形小等特點。不僅能焊接不易氧化、熱影響區(qū)小、變形小等特點。不僅能焊接同種資料，而且可以焊接不同種類的資料，甚至可以同種資料，

43、而且可以焊接不同種類的資料，甚至可以焊接金屬與非金屬資料。激光焊接普通無需焊料和焊焊接金屬與非金屬資料。激光焊接普通無需焊料和焊劑，只需將工件的加工區(qū)域劑，只需將工件的加工區(qū)域“熱熔在一同就可以。熱熔在一同就可以。4 4激光外表處置。利用激光對金屬工件外表進展掃描，激光外表處置。利用激光對金屬工件外表進展掃描，從而引起工件外表金相組織發(fā)生變化進而對工件外表從而引起工件外表金相組織發(fā)生變化進而對工件外表進展外表淬火、粉末粘合等。用激光進展外表淬火，進展外表淬火、粉末粘合等。用激光進展外表淬火，工件表層的加熱速度極快，內(nèi)部受熱極少，工件不產(chǎn)工件表層的加熱速度極快，內(nèi)部受熱極少，工件不產(chǎn)生熱變形。特

44、別適宜于對齒輪、汽缸筒等外形復雜的生熱變形。特別適宜于對齒輪、汽缸筒等外形復雜的零件進展外表淬火。國外已運用于自動線上對齒輪進零件進展外表淬火。國外已運用于自動線上對齒輪進展外表淬火。同時由于不用用加熱爐，是開式的，故展外表淬火。同時由于不用用加熱爐，是開式的，故也適宜于大型零件的外表淬火。粉末粘合是在工件表也適宜于大型零件的外表淬火。粉末粘合是在工件表層上用激光加熱后熔入其他元素，可提高和改善工件層上用激光加熱后熔入其他元素，可提高和改善工件的綜合力學性能。此外，還可以利用激光除銹、激光的綜合力學性能。此外，還可以利用激光除銹、激光消除工件外表的堆積物等。消除工件外表的堆積物等。激光打孔第三

45、章先進制造工藝技術(shù) 激光切激光切割割第三章先進制造工藝技術(shù) 水晶內(nèi)部激光雕刻第三章先進制造工藝技術(shù) 光刻蝕技術(shù)光刻蝕技術(shù) 光刻蝕加工又稱光刻加工或刻蝕加工，光刻蝕加工又稱光刻加工或刻蝕加工，簡稱刻蝕。目前，光刻加工技術(shù)主要是針簡稱刻蝕。目前，光刻加工技術(shù)主要是針對集成電路制造中得到高精度微細線條所對集成電路制造中得到高精度微細線條所構(gòu)成的高密度微細復雜圖形。是對薄膜外構(gòu)成的高密度微細復雜圖形。是對薄膜外表及金屬板外表進展精細、微小和復雜圖表及金屬板外表進展精細、微小和復雜圖形加工的技術(shù)，用它制造的零件有：刻線形加工的技術(shù)，用它制造的零件有：刻線尺、微電機轉(zhuǎn)子、電路印刷板和細孔金屬尺、微電機轉(zhuǎn)子

46、、電路印刷板和細孔金屬網(wǎng)板等。網(wǎng)板等。第三章先進制造工藝技術(shù) 光刻原理光刻原理 所謂光刻蝕就是運用電磁波頻譜中的光束所謂光刻蝕就是運用電磁波頻譜中的光束或電子、或電子、X射線和離子等射線，將光致抗蝕劑射線和離子等射線，將光致抗蝕劑光刻膠構(gòu)成規(guī)定圖形的微細加工方法。光刻膠構(gòu)成規(guī)定圖形的微細加工方法。 采用光束作曝光光源的集成電路的精細光刻工采用光束作曝光光源的集成電路的精細光刻工藝的根本原理與照相制版原理類似，但它要求藝的根本原理與照相制版原理類似，但它要求高、工藝過程復雜。以下圖所示為集成電路一高、工藝過程復雜。以下圖所示為集成電路一次光刻的工藝過程原理圖。次光刻的工藝過程原理圖。2、光刻加工

47、、光刻加工氧化氧化 硅晶片外表構(gòu)成一層氧硅晶片外表構(gòu)成一層氧化層；化層；涂膠涂膠 涂光致抗蝕劑；涂光致抗蝕劑；曝光曝光 經(jīng)過掩模曝光；經(jīng)過掩模曝光；顯影顯影 曝光部分溶解去除；曝光部分溶解去除；腐蝕腐蝕 未被覆蓋部分腐蝕掉；未被覆蓋部分腐蝕掉；去膠去膠 將光致抗蝕劑去除；將光致抗蝕劑去除；分散分散-向需求雜質(zhì)的部分分散向需求雜質(zhì)的部分分散雜質(zhì)，以完成整個光刻加工過雜質(zhì)，以完成整個光刻加工過程。程。光刻加工工藝例如 第三章先進制造工藝技術(shù) 集成電路光刻工藝的普經(jīng)過程集成電路光刻工藝的普經(jīng)過程 光刻工藝過程普通有兩大工序，即掩膜制造和光光刻工藝過程普通有兩大工序，即掩膜制造和光刻蝕加工?？涛g加工。

48、 1掩膜制造。根據(jù)集成電路設(shè)計規(guī)劃圖，用繪掩膜制造。根據(jù)集成電路設(shè)計規(guī)劃圖，用繪圖機、精縮照像機，經(jīng)放大繪制、分步反復減少照像，圖機、精縮照像機，經(jīng)放大繪制、分步反復減少照像，縮到和元件尺寸一樣的掩膜稱之為母掩膜，母掩縮到和元件尺寸一樣的掩膜稱之為母掩膜，母掩膜經(jīng)翻拍復印成任務(wù)光刻掩膜，制造電路時只用膜經(jīng)翻拍復印成任務(wù)光刻掩膜，制造電路時只用任務(wù)掩膜。任務(wù)掩膜。 2光刻蝕加工。光刻工藝過程包括以下幾個步光刻蝕加工。光刻工藝過程包括以下幾個步驟：驟：1涂膠。涂膠。 4腐刻蝕。腐刻蝕。 2曝光。曝光。 5剝膜與檢查。剝膜與檢查。 3顯影與烘片。顯影與烘片。電子束加工電子束加工原理原理 電子束加工電

49、子束加工EBMElectron Beam Machining：在真空條件下，：在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高利用聚焦后能量密度極高106109W/cm2的電子束，以極高的電子束，以極高的速度沖擊到工件外表極小面積上，在極短的時間幾分之一微的速度沖擊到工件外表極小面積上，在極短的時間幾分之一微秒內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件資料秒內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件資料到達幾千攝氏度以上的高溫，從而引起資料的部分熔化和氣化，到達幾千攝氏度以上的高溫，從而引起資料的部分熔化和氣化，被真空系統(tǒng)抽走。控制電子束能量密度的大小和能量注入時間，被真空系統(tǒng)抽走。控制電子束

50、能量密度的大小和能量注入時間，就可以到達不同的加工目的。如只使資料部分加熱就可進展電子就可以到達不同的加工目的。如只使資料部分加熱就可進展電子束熱處置；使資料部分熔化就可進展電子束焊接；提束熱處置；使資料部分熔化就可進展電子束焊接；提 高電子束能高電子束能量密度，使資料熔化和氣化，就可進展打孔、切割等加工。利用量密度，使資料熔化和氣化，就可進展打孔、切割等加工。利用較低能量密度的電子束轟擊高分子資料時產(chǎn)生化學變化的原理，較低能量密度的電子束轟擊高分子資料時產(chǎn)生化學變化的原理，進展電子束光刻加工。進展電子束光刻加工。電子束加工電子束加工特點特點由于電子束可以極其微細地聚焦可達由于電子束可以極其微

51、細地聚焦可達0.1m，可實現(xiàn)亞微米和，可實現(xiàn)亞微米和毫微米級的精細微細加工；毫微米級的精細微細加工；電子束能量密度很高，使照射部分的溫度超越資料的熔化和氣電子束能量密度很高，使照射部分的溫度超越資料的熔化和氣 化化溫度，去除資料主要靠瞬時蒸發(fā)，是一種非接觸式加工，工件不溫度，去除資料主要靠瞬時蒸發(fā)，是一種非接觸式加工，工件不受機械力作用，因此不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形；受機械力作用，因此不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形；加工資料的范圍廣，對高強度、高硬度、高韌性的加工資料的范圍廣，對高強度、高硬度、高韌性的 資料以及導體、資料以及導體、半導體和非導體資料均可加工；半導體和非導體資料均可加工；電子束的能量密度高，

52、假設(shè)配合自動控制加工過程，加工效率非電子束的能量密度高，假設(shè)配合自動控制加工過程，加工效率非常高。經(jīng)過磁場和電場對電子束強度、位置、聚焦等進展控制常高。經(jīng)過磁場和電場對電子束強度、位置、聚焦等進展控制如每秒可在如每秒可在0.1mm厚鋼板上加工出厚鋼板上加工出3000個直徑個直徑0.2mm孔；孔；電子束加工是在真空中進展，因此污染少，加工外表不會氧化，電子束加工是在真空中進展，因此污染少，加工外表不會氧化，特別適宜加工易氧化的金屬及其合金資料，以及純度要求極特別適宜加工易氧化的金屬及其合金資料，以及純度要求極 高的高的半導體資料。半導體資料。電子束加工需求一整套公用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價錢較貴，消費

53、運電子束加工需求一整套公用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價錢較貴，消費運用有一定局限性。用有一定局限性。第三章先進制造工藝技術(shù) 電子束加工電子束加工安裝安裝1電子槍。電子槍是獲得電子束的安裝，它包括電電子槍。電子槍是獲得電子束的安裝，它包括電子發(fā)射陰極、控制柵和加速陽極等。子發(fā)射陰極、控制柵和加速陽極等。2真空系統(tǒng)。是為了保證在電子束加工時維持真空系統(tǒng)。是為了保證在電子束加工時維持1.3310-21.3310-4Pa的真空度。只需在高真空的真空度。只需在高真空中，電子才干高速運動。中，電子才干高速運動。3控制系統(tǒng)和電源。電子束加工安裝的控制系統(tǒng)包控制系統(tǒng)和電源。電子束加工安裝的控制系統(tǒng)包括束流聚焦控制、束流

54、位置控制、束流強度控制括束流聚焦控制、束流位置控制、束流強度控制以及任務(wù)臺位移控制等。以及任務(wù)臺位移控制等。第三章先進制造工藝技術(shù) 第三章先進制造工藝技術(shù) 第三章先進制造工藝技術(shù) 1電子槍 電子槍是獲得電子束的安裝，它包括電子發(fā)射陰極、控制柵極和加速陽極等。如下圖，陰極經(jīng)電流加熱發(fā)射電子，帶負電荷的電子高速飛向帶高電位的正極，在飛向正極的過程中，經(jīng)過加速極加速，又經(jīng)過電磁透鏡把電子束聚焦成很小的束流。第三章先進制造工藝技術(shù) 2真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 真空系統(tǒng)是為了保證在電子束加工真空系統(tǒng)是為了保證在電子束加工時到達時到達1.3310-21.3310-4Pa的真空度。由于只需的真空度。由于只需在高真空

55、時，電子才干高速運動。為了消除加工時在高真空時，電子才干高速運動。為了消除加工時的金屬蒸氣影響電子發(fā)射而使其產(chǎn)生不穩(wěn)定景象，的金屬蒸氣影響電子發(fā)射而使其產(chǎn)生不穩(wěn)定景象，需求不斷地把加工中產(chǎn)生的金屬蒸氣抽去。需求不斷地把加工中產(chǎn)生的金屬蒸氣抽去。3控制系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)和電源 電子束加工安裝的控制系統(tǒng)電子束加工安裝的控制系統(tǒng)包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流強度控制包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流強度控制以及任務(wù)臺位移控制等部分。以及任務(wù)臺位移控制等部分。電子束加工電子束加工運用運用1高速打孔。電子束打孔的孔徑范圍為高速打孔。電子束打孔的孔徑范圍為0.020.003mm?？椎纳顝奖瓤梢缘竭_

56、孔的深徑比可以到達100:1，噴氣發(fā)動機上的冷卻孔和，噴氣發(fā)動機上的冷卻孔和機翼吸附屏的孔，孔徑微小，孔數(shù)宏大，達數(shù)百萬個，機翼吸附屏的孔，孔徑微小，孔數(shù)宏大，達數(shù)百萬個，最適宜用電子束打孔。此外，還可以利用電子束在人造最適宜用電子束打孔。此外，還可以利用電子束在人造革、塑料上高速打孔，以加強其透氣性。革、塑料上高速打孔，以加強其透氣性。2加工彎孔和曲面。借助于偏轉(zhuǎn)器磁場的變化，可以使加工彎孔和曲面。借助于偏轉(zhuǎn)器磁場的變化，可以使電子束在工件內(nèi)部偏轉(zhuǎn)方向，可加工曲面和彎孔。電子束在工件內(nèi)部偏轉(zhuǎn)方向，可加工曲面和彎孔。3焊接。電子束焊接是利用電子束作為熱源的一種焊接焊接。電子束焊接是利用電子束作

57、為熱源的一種焊接工藝。由于電子束的能量密度高，焊接速度快，所以電工藝。由于電子束的能量密度高，焊接速度快，所以電子束焊接的焊縫深而窄，焊件熱影響區(qū)小，變形小。電子束焊接的焊縫深而窄，焊件熱影響區(qū)小，變形小。電子束焊接普通不用焊條，焊接過程在真空中進展，因此子束焊接普通不用焊條，焊接過程在真空中進展，因此焊縫化學成分純真，焊接接頭的強度往往高于母材。焊縫化學成分純真，焊接接頭的強度往往高于母材。4熱處置。電子束熱處置與激光熱處置類同，但電子束的電熱熱處置。電子束熱處置與激光熱處置類同，但電子束的電熱轉(zhuǎn)換效率高，可達轉(zhuǎn)換效率高，可達90%，而激光的轉(zhuǎn)換效率只需，而激光的轉(zhuǎn)換效率只需7%10%。電子

58、束熱處置在真空中進展，可以防止資料氧化。電子束熱處置在真空中進展，可以防止資料氧化。 假設(shè)用電子束加熱金屬到達外表熔化，可在熔化區(qū)參與添加假設(shè)用電子束加熱金屬到達外表熔化，可在熔化區(qū)參與添加元素，使金屬外表構(gòu)成一層很薄的新的合金層，從而獲得更元素，使金屬外表構(gòu)成一層很薄的新的合金層，從而獲得更好的物理力學性能。鋁、鈦、鎳的各種合金幾乎全可進展添好的物理力學性能。鋁、鈦、鎳的各種合金幾乎全可進展添加元素處置，從而得到很好的耐磨性能。加元素處置，從而得到很好的耐磨性能。5電子束光刻電子束光刻 用低功率密度的電子束照射工件外表雖不會引起外表的溫升，用低功率密度的電子束照射工件外表雖不會引起外表的溫升

59、，但入射電子與高分子資料的碰撞，會導致它們的分子鏈的切但入射電子與高分子資料的碰撞，會導致它們的分子鏈的切斷或重新聚合，從而使高分子資料的化學性質(zhì)和分子量產(chǎn)生斷或重新聚合，從而使高分子資料的化學性質(zhì)和分子量產(chǎn)生變化，這種景象叫電子束的化學效應(yīng)，利用這種效應(yīng)進展加變化，這種景象叫電子束的化學效應(yīng)，利用這種效應(yīng)進展加工的方法叫電子束的光刻。工的方法叫電子束的光刻。第三章先進制造工藝技術(shù) 第三章先進制造工藝技術(shù) 離子束加工離子束加工1.離子束加工原理、分類和特點離子束加工原理、分類和特點1離子束加工的原理離子束加工的原理離子束加工的原理和電子束加工根本類似，也離子束加工的原理和電子束加工根本類似，也

60、是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過電場加速后，撞擊在工件外表上，引起資料變電場加速后，撞擊在工件外表上，引起資料變形、形、 破壞和分別。由于離子帶正電荷，其質(zhì)破壞和分別。由于離子帶正電荷，其質(zhì)量是電子的千萬倍，因此離子束加工主要靠高量是電子的千萬倍，因此離子束加工主要靠高速離子束的微觀機械撞擊動能，而不是像電子速離子束的微觀機械撞擊動能，而不是像電子束加工主要靠熱效應(yīng)，加工時被加工外表不產(chǎn)束加工主要靠熱效應(yīng)，加工時被加工外表不產(chǎn)生熱量。生熱量。第三章先進制造工藝技術(shù) 離子束加工的物理根底離子束加工的物理根底 離子束加工的物理根底是離子束射到資料離子