特種加工課件剖析

特種加工課件剖析第一頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第1頁，共35頁。特種加工亦稱“非傳統(tǒng)加工”或“現(xiàn)代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能及特殊機(jī)械能等能量達(dá)到去除或增加材料的加工方法，從而實(shí)現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。特種加工是近幾十年發(fā)展起來的新工藝,是對傳統(tǒng)加工工藝方法的重要補(bǔ)充與發(fā)展,目前仍在繼續(xù)研究開發(fā)和改進(jìn)。特種加工技術(shù)簡述：第二頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第2頁，共35頁。電火花成型線切割加工激光加工超聲波加工電子束加工離子束加工特種加工技術(shù)包括第三頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第3頁，共35頁。超聲波加工英文簡稱為（UltrasonicMachining）USM，是利用超聲頻作小振幅振動的工具，并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工。常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。超聲波加工第四頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第4頁，共35頁。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，換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動，通過振幅擴(kuò)大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具端面產(chǎn)生超聲波振動，迫使磨料懸浮液高速地不斷撞擊、拋磨被加工表面使工件成型。超聲波加工原理第五頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第5頁，共35頁。第六頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第6頁，共35頁。適合于加工各種不導(dǎo)電的硬脆材料，例如玻璃、陶瓷(氧化鋁、氮化硅等)、石英、鍺、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等。對于導(dǎo)電的硬質(zhì)金屬材料如淬火鋼、硬質(zhì)合金等，也能進(jìn)行加工，但加工生產(chǎn)率較低。對于橡膠則不可進(jìn)行加工。加工精度較高。由于去除加工材料是靠磨料對工件表面撞擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱很小，不會引起變形及燒傷，表面粗糙度也較好，公差可達(dá)0.008mm之內(nèi)，表面粗糙度Ra值一般在0.1~0.4μm之間。超聲波加工的特點(diǎn)第七頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第7頁，共35頁。由于工具和工件不做復(fù)雜相對運(yùn)動，工具與工件不用旋轉(zhuǎn)，因此易于加工出各種與工具形狀相一致的復(fù)雜形狀內(nèi)表面和成形表面。超聲波加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)也比較簡單，只需一個(gè)方向輕壓進(jìn)給，操作、維修方便。超聲波加工面積不大，工具頭磨損較大，雖然具有一定的生產(chǎn)速度，但生產(chǎn)率較低。第八頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第8頁，共35頁。（1）成形加工：超聲波加工目前在各工業(yè)部門中主要用于對脆硬材料加工圓孔、型孔、型腔、套料、微細(xì)孔、彎曲孔、刻槽、落料、復(fù)雜溝槽等。超聲波加工應(yīng)用第九頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第9頁，共35頁。（2）切割加工：一般加工方法用于普通機(jī)械加工切割脆硬的半導(dǎo)體材料是很困難的，采用超聲波切割則較為有效，而且超聲波精密切割半導(dǎo)體、氧化鐵、石英等，精度高、生產(chǎn)率高、經(jīng)濟(jì)性好，并且可以利用多刃刀具，切割單晶硅片，一次可以切割加工10~20片。第十頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第10頁，共35頁。（3）超聲波焊接加工：超聲波焊接是利用超聲頻振動作用，使被焊接工件的兩個(gè)表面在高速振動撞擊下，去除工件表面的氧化膜，使該表面摩擦發(fā)熱黏結(jié)在一起。因此它不僅可以加工金屬，而且可以加工尼龍、塑料等制品。例如在機(jī)械制造業(yè)中，利用超聲波焊接加工的雙聯(lián)齒輪。特點(diǎn)：不需要外加熱和焊劑，熱影響小、外加壓力也小，不產(chǎn)生污染，工藝性和經(jīng)濟(jì)性也好。因此，該種方法可焊接直徑或厚度很小的材料(可達(dá)0.015~0.03mm)，焊接材料不僅僅限于金屬，還可以焊接塑料、纖維等制品。目前在大規(guī)模的集成電路制造中已廣泛采用該中加工方法。第十一頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第11頁，共35頁。第十二頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第12頁，共35頁。（4）超聲波清洗：超聲波清洗的原理主要是基于清洗液在超聲波的振動作用下，使液體分子產(chǎn)生往復(fù)高頻振動，引起空化效應(yīng)（存在于液體中的微氣核空化泡在聲波的作用下振動，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)發(fā)生的生長和崩潰的動力學(xué)過程）的結(jié)果。眼鏡、精密儀器零件等。第十三頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第13頁，共35頁。電子束加工（ElectronBeamMachining,EBM）人們通常把利用高能量的電子束對材料進(jìn)行工藝處理的各種方法統(tǒng)稱為電子束加工。電子束加工是利用高能電子束流轟擊材料，使其產(chǎn)生熱效應(yīng)或輻照化學(xué)和物理效應(yīng)，以達(dá)到預(yù)定的工藝目的。電子束加工第十四頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第14頁，共35頁。在真空條件下，電子槍射出高速運(yùn)動的電子束，電子束通過一極或多極匯聚形成高能束流，經(jīng)電磁透鏡聚焦后轟擊工件表面，由于高能束流沖擊工件表面時(shí)，電子的動能瞬間大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。由于光斑直徑極小(其直徑在微米級或更小)，在轟擊處形成局部高溫，可使被沖擊部分的材料在幾分之一微秒內(nèi)，溫度升高到幾千攝氏度以上，使材料局部快速汽化、蒸發(fā)而實(shí)現(xiàn)加工目的。所以電子束加工是通過熱效應(yīng)進(jìn)行的。第十五頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第15頁，共35頁。束斑極小。由于電子束能夠極其微細(xì)地聚焦，甚至聚焦到0.1μm，加工面積可以很小，是一種精密微細(xì)的加工方法。能量密度很高。去除材料主要靠瞬時(shí)蒸發(fā)，是一種非接觸式加工。適合于加工精微深孔和狹縫等，速度快，效率高?？煽匦院??？梢酝ㄟ^磁場或電場對電子束的強(qiáng)度、位置、聚焦等進(jìn)行直接控制，可加工出斜孔、彎孔及特殊表面，便于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。電子束加工特點(diǎn)第十六頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第16頁，共35頁。生產(chǎn)率很高。電子束的能量密度高，而且能量利用率可達(dá)90%以上。無污染。電子束加工是在真空中進(jìn)行。電子束加工有一定的局限性，一般只用來加工小孔、小縫及微小的特形表面，且需要一套專用設(shè)備和數(shù)萬伏的高壓真空系統(tǒng)，價(jià)格較貴，生產(chǎn)應(yīng)用有一定局限性。第十七頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第17頁，共35頁。（1）電子束打孔

目前，電子束打孔的最小直徑已達(dá)1mμ。適用于各種材料。同時(shí)生產(chǎn)率極高?？杉庸じ鞣N異型孔、斜度孔、錐孔、彎孔。電子束加工應(yīng)用第十八頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第18頁，共35頁。在噴氣發(fā)動機(jī)燃燒室罩、機(jī)翼的吸附屏、化纖噴絲頭、人造革透氣孔、塑料上的孔，不但用電子束來加工，而且效率高。加工異型孔極其方便。第十九頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第19頁，共35頁。利用磁場對電子束方向進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，控制合適的曲率半徑，從而得到所需的彎孔或彎縫。第二十頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第20頁，共35頁。（2）電子束焊接電子束焊接是電子束加工技術(shù)中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的一種，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的焊接方法。電子束焊接是利用電子束作為熱源的一種焊接工藝，焊接過程不需要填充物(焊條)，焊接過程又是在真空中完成。因此焊縫中的化學(xué)成分純凈，焊接接頭的強(qiáng)度往往高于母材。第二十一頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第21頁，共35頁。焊縫深寬比高、焊接速度高、工件熱變形小、焊縫物理性能好、可焊材料范圍廣等特點(diǎn)。航空航天領(lǐng)域的焊接基本都是使用電子束。電子束焊接還常用于傳感器以及電器元件的連接和封接。第二十二頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第22頁，共35頁。（3）電子束熱處理電子束熱處理也是把電子束作為熱源，但適當(dāng)控制電子束的功率密度，使金屬表面加熱而不熔化，達(dá)到熱處理的目的。電子束熱處理的加熱速度和冷卻速度都很高，在相變過程中，奧氏體化時(shí)間很短，只有幾分之一秒乃至千分之一秒，奧氏體晶粒來不及長大，從而能獲得一種超細(xì)晶粒組織，可使工件獲得用常規(guī)熱處理不能達(dá)到的硬度，硬化深度可達(dá)0.3~0.8mm。第二十三頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第23頁，共35頁。（4）電子束刻蝕集成電子器件、集成光學(xué)器件、表面聲波器以及微機(jī)械元器件的圖形制作技術(shù)中，為制造多層固體組件，可用電子束刻出許多微細(xì)溝槽和孔?？涛g工藝過程如下：a.工件預(yù)處理?？涛g前，在工件表面涂上抗蝕劑，厚度≤0.01μm，此圖層為掩模層。b.電子束掃描曝光。即用聚焦后電子束斑直徑為0.3~1μm，可在0.5~5mm范圍內(nèi)掃描。由于照射區(qū)與未照射區(qū)化學(xué)性質(zhì)及相對分子質(zhì)量的差異，故在掩模層上形成“潛圖”。c.顯影。將曝光后的掩模層放入顯影液中，則可得到電子束掃描的圖形。第二十四頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第24頁，共35頁。(4)電子束成形加工電子束成形技術(shù)與激光快速制造的成型原理基本相同，差別就是熱源不同。電子束成型具有加工效率高、零件變形小、成型過程中不需要金屬支撐、微觀組織致密等優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)主要應(yīng)用于航空航天用復(fù)雜結(jié)構(gòu)TC4零件和醫(yī)療領(lǐng)域中人骨修復(fù)第二十五頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第25頁，共35頁。第二十六頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第26頁，共35頁。離子束加工的基本原理離子束加工的原理與電子束加工類似，也是在真空條件下，將氬、氪、氙等隋性氣體，通過離子源產(chǎn)生離子束并經(jīng)過加速、集束、聚焦后，以其動能轟擊工件表面的加工部位，實(shí)現(xiàn)去除材料的加工。由于離子的質(zhì)量大，故離子束轟擊工件表面，比電子束具有更大的能量。離子束加工第二十七頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第27頁，共35頁。離子束加工主要是一種無熱過程。當(dāng)入射離子碰到工件材料時(shí)，撞擊原子、分子。因離子與原子之間的碰撞接近于彈性碰撞，使離子所損失的能量傳遞給原子、分子，其中一部分能量使工件產(chǎn)生濺射、拋出，其余能量轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧暇Ц竦恼駝幽?。第二十八頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第28頁，共35頁。（1）易于精確控制，加工精度高。離子束可通過離子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行聚焦掃描，使微離子束的聚焦光斑直徑在1mμ以內(nèi)進(jìn)行加工。（2）加工應(yīng)力小、變形小。（3）加工所產(chǎn)生的污染少。（4）離子束加工是靠離子轟擊材料表面的原子來實(shí)現(xiàn)的，它是一種微觀作用，宏觀應(yīng)力很小，所以加工應(yīng)力、變形等極小，加工質(zhì)量高，適合于各種材料和低剛度零件的加工。離子束加工的特點(diǎn)第二十九頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第29頁，共35頁。（1）離子束蝕刻離子刻蝕是從工件上去除材的濺射過程。當(dāng)離子束轟擊工件，入射離子的動量傳遞到工件表面的原子，傳遞能量超過了原子間的鍍合力時(shí)，原子就從工件表面撞擊濺射出來，達(dá)到刻蝕的目的。離子束加工應(yīng)用第三十頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第30頁，共35頁。（2）濺射鍍膜濺射鍍膜是基于離子轟擊靶材時(shí)的濺射效應(yīng)。在鍍膜的工藝領(lǐng)域中占有極為重要的地位。第三十一頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第31頁，共35頁。（3）離子鍍離子鍍是在真空蒸鍍和濺射鍍膜的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種鍍膜技術(shù)。離子鍍這種真空鍍膜技術(shù)是在膜層在沉積的同時(shí)受到高能粒子束的轟擊。這種粒子流的組成可以是離子，也可以是通過能量交換而形成的高能中性粒子。多用于耐磨、抗蝕、耐熱等特殊工況用零件鍍膜。第三十二頁，編輯于星期六：二十二點(diǎn)三十五分。第32頁，共35頁。（4）離子注入離子注入是離子束