現(xiàn)代加工技術(shù)第8章 其他現(xiàn)代加工方法

8.其他現(xiàn)代加工方法8/29/202418.1.化學(xué)加工1化學(xué)蝕刻加工化學(xué)加工是利用酸、堿、鹽等化學(xué)溶液對金屬產(chǎn)生化學(xué)反響，使金屬腐蝕溶解，改變工件尺寸和形狀的一種加工方法。i加工原理化學(xué)蝕刻加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍I先把工件非加工外表用來腐蝕性涂層保護(hù)起來，需要加工的外表露出來，浸入化學(xué)溶液中進(jìn)行腐蝕，使金屬按特定的部位溶解去處，到達(dá)加工的目的。溶解的速度與工件材料的種類及溶液成分有關(guān)；8/29/202428.1.化學(xué)加工1化學(xué)蝕刻加工ii加工特點(diǎn)：化學(xué)蝕刻加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍I可加工任何難切削的金屬材料；適合大面積加工，可同時(shí)加工多件；加工過程不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力、裂紋、毛刺等缺陷，外表粗糙度可達(dá)Ra2.5~Ra1.25；加工操作比較簡單；不適宜于加工窄而深的槽、型孔；原材料中的缺陷和外表不平度、劃痕等不易消除；腐蝕液對設(shè)備和人體有危害；8/29/202438.1.化學(xué)加工1化學(xué)蝕刻加工iii應(yīng)用范圍：化學(xué)蝕刻加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍I主要用于較大工件的金屬外表厚度減薄加工，特別是不利于機(jī)械加工的薄壁、內(nèi)外表層的金屬蝕刻；用于在厚度小于1.5的薄壁零件上加工復(fù)雜的型孔；8/29/202448.1.化學(xué)加工1化學(xué)蝕刻加工i涂覆：化學(xué)蝕刻加工的工藝過程II去除工件外表油污、氧化膜，在相應(yīng)的腐蝕液中預(yù)腐蝕；保護(hù)層必須具備良好的耐酸、堿性能，并在蝕刻過程中粘結(jié)力不下降；常用保護(hù)層材料：氯丁橡膠、丁基橡膠、丁苯橡膠；涂覆方式：刷涂、噴涂、浸涂；涂層均勻，不允許有氣泡和雜質(zhì)，涂后經(jīng)一定時(shí)間和適當(dāng)溫度固化；8/29/202458.1.化學(xué)加工1化學(xué)蝕刻加工ii刻型或劃線：化學(xué)蝕刻加工的工藝過程II根據(jù)樣板的形狀和尺寸，把待加工外表的涂層去掉；腐蝕速度受溶液成分、溶液濃度、溫度和晶相組織影響；iii腐蝕8/29/202468.1.化學(xué)加工2光化學(xué)腐蝕加工i原理照相制版的原理和工藝I用照相感光來確定工件外表要蝕除的圖形、線條；將圖像拍攝到照相底片上，經(jīng)光化學(xué)反響將圖像復(fù)制到涂有感光膠的銅板或鋅版上，再經(jīng)過緊膜固化處理使感光膠具有一定的抗腐蝕能力，最后經(jīng)過化學(xué)腐蝕，得到所需的圖形的金屬板。8/29/202478.1.化學(xué)加工2光化學(xué)腐蝕加工ii工藝過程照相制版的原理和工藝I原圖和照相：原圖是將所需圖像按一定比例放大描繪在紙上或刻在玻璃上，通過照相將原圖按需要縮小在照相底片上；金屬板和感光膠的涂覆：金屬板多采用微晶鋅版和紫銅板，常用感光材料有聚乙烯醇、骨膠、明膠等；8/29/202488.1.化學(xué)加工2光化學(xué)腐蝕加工ii工藝過程照相制版的原理和工藝I曝光、顯影和堅(jiān)膜：固化：進(jìn)一步提高感光堅(jiān)膜后的膠膜的抗腐蝕能力；8/29/202498.1.化學(xué)加工2光化學(xué)腐蝕加工ii工藝過程照相制版的原理和工藝I腐蝕：在腐蝕液中添加保護(hù)劑進(jìn)行側(cè)壁保護(hù)或有粉腐蝕法；8/29/2024108.1.化學(xué)加工2光化學(xué)腐蝕加工i光刻加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍光刻加工的原理和工藝II光刻是利用光致抗蝕劑的光化學(xué)反響特點(diǎn)，將掩模版上的圖形精確的印刷在涂有光致抗蝕劑的襯底外表，再利用光致抗蝕劑的耐腐蝕特性，對襯底外表進(jìn)行腐蝕；尺寸精度高，可達(dá)0.01~0.005；半導(dǎo)體器件和集成電路制造的關(guān)鍵工藝之一；精密產(chǎn)品零部件；8/29/2024118.1.化學(xué)加工2光化學(xué)腐蝕加工ii光刻加工的工藝過程光刻加工的原理和工藝II8/29/2024128.1.化學(xué)加工2光化學(xué)腐蝕加工ii光刻加工的工藝過程光刻加工的原理和工藝II原圖和掩模版的制備：涂覆光致抗蝕劑：對光敏感的高分子溶液；曝光：直接接觸式曝光、光學(xué)投影式曝光；腐蝕：不同的光刻材料，采用不同的腐蝕液，腐蝕方法多樣；去膠：去除腐蝕后殘留在襯底外表的抗蝕膠膜；8/29/2024138.1.化學(xué)加工3化學(xué)拋光i原理：化學(xué)拋光的原理和特點(diǎn)I一般用硝酸或磷酸等氧化劑溶液，在一定條件下，使工件外表氧化，氧化層又能逐漸溶入溶液，外表微凸處氧化快而多，同樣微凸處的氧化層溶解和擴(kuò)散快，因此使工件外表被平整。改善工件外表粗糙度或使外表平滑化和光澤化。8/29/2024148.1.化學(xué)加工3化學(xué)拋光化學(xué)拋光的原理和特點(diǎn)I拋光效果不如電解拋光，拋光廢液處理較麻煩；可以大面積或多件拋光薄壁、低剛性零件；可以拋光內(nèi)外表和形狀復(fù)雜零件；不需電源、設(shè)備簡單；ii特點(diǎn)：8/29/2024158.1.化學(xué)加工3化學(xué)拋光化學(xué)拋光的工藝要點(diǎn)和應(yīng)用II常用硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸等酸性溶液拋光鋁、鋁合金、鉬、鉬合金、碳鋼及不銹鋼等；拋光時(shí)要嚴(yán)格控制溫度和時(shí)間；要根據(jù)材料、溶液成分經(jīng)試驗(yàn)得出溫度和時(shí)間的最正確值；i金屬的化學(xué)拋光：常用氫氟酸和硝酸、硫酸的混合溶液或雙氧化和氫氧化銨的水溶液；ii半導(dǎo)體材料的化學(xué)拋光：8/29/2024168.1.化學(xué)加工4化學(xué)鍍膜化學(xué)鍍膜的原理和特點(diǎn)I在含金屬鹽溶液的鍍液中參加一種化學(xué)復(fù)原劑，將鍍液中的金屬原子復(fù)原后沉積在被鍍零件外表；被鍍工件可為任何材料；目的：在金屬或非金屬外表上鍍一層金屬，起裝飾、防腐蝕或?qū)щ娮饔?；i原理：鍍層厚度均勻；ii特點(diǎn)：不需電源、設(shè)備簡單，鍍液可再生使用；8/29/2024178.1.化學(xué)加工4化學(xué)鍍膜化學(xué)鍍膜的工藝要點(diǎn)及應(yīng)用II鍍銅主要用硫酸銅，鍍鎳主要用氯化鎳，鍍鉻用溴化鉻，鍍鈷用氯化鈷；應(yīng)用最廣的是鍍鎳、鈷、鉻、鋅，其次是銅、錫；i工藝要點(diǎn)：復(fù)原劑：次磷酸鈉、次硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、葡萄糖；ii應(yīng)用：8/29/2024188.2.等離子體加工1根本原理利用電弧放電使氣體電離成過熱的等離子氣體流束，靠局部溶化及氣化來去除材料。機(jī)械壓縮效應(yīng)I等離子體是高溫電離的氣體，它由氣體原子或分子在高溫下獲得能量之后，離解成帶正電荷的離子和帶負(fù)電荷的自由電子所組成。電弧在被迫通過噴嘴通道時(shí)，通道對電弧產(chǎn)生機(jī)械壓縮作用；噴嘴通道的直徑和長度對機(jī)械壓縮效應(yīng)的影響很大；8/29/2024198.2.等離子體加工1根本原理熱收縮效應(yīng)II噴嘴內(nèi)部通入冷卻水內(nèi)壁受到冷卻，因而靠近內(nèi)壁的氣體電離度急劇下降，導(dǎo)電性差，電弧中心電離度高，電弧電流被迫在電弧中心通過，使電弧有效截面積縮小，電流密度增加；高速等離子氣體流量越大，壓力越大，冷卻越充分，那么熱收縮效應(yīng)越強(qiáng)烈；8/29/2024208.2.等離子體加工1根本原理如果噴嘴接直流電的陽極，鎢電極接陰極，使鎢電極與噴嘴內(nèi)壁之間發(fā)生電弧放電，吹入的工質(zhì)氣體受電弧作用加熱膨脹從噴嘴噴出形成射流——等離體射流，使噴嘴前的材料充分加熱，主要用于噴鍍和熱處理。磁收縮效應(yīng)III電弧周圍的磁場迫使電弧產(chǎn)生強(qiáng)烈的收縮作用，使電弧變細(xì)，電弧區(qū)中心電流密度更大；三種效應(yīng)使等離子體電弧中心溫度高達(dá)11000~28000℃；8/29/2024218.2.等離子體加工2材料去除速度和加工精度成型切割厚度為25的鋁板時(shí)的速度為760mm/min，厚度6.4的鋼板速度為4060mm/min；I切邊斜角一般為2o~7o，切縫寬度為2.5~5；II外表粗糙度Ra1.6~3.2；III8/29/2024228.2.等離子體加工3設(shè)備和工具手持等離體切割器和小型手提式裝置；I復(fù)雜的數(shù)控設(shè)備；II合金鋼冶煉；III4實(shí)際應(yīng)用切割金屬；I熱輔助加工；II外表處理；IV8/29/2024231III我國92年進(jìn)入RPM領(lǐng)域；III清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京隆源等單位在RMP設(shè)備、材料和軟件方面先后完成了開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程；IVV8/29/2024242i可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體；IiiCAD模型直接驅(qū)動(dòng)；iii成形設(shè)備無需專用夾具或工具；iv成形過程無人干預(yù)或較少干預(yù)；8/29/2024252II采用離散/堆積成形原理；噴粘結(jié)劑噴熱熔材料三維產(chǎn)品（樣品/模具）表面處理構(gòu)造三維模型模型近似處理切片處理激光噴射源固化樹脂切割箔材燒結(jié)粉末8/29/2024262i零件CAD模型的建立；IIii數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換文件的生成；iii分層切片；〔離散〕iv快速堆積成形；〔堆積〕8/29/2024273典型的RPM工藝方法以光敏樹脂為原料，將計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件分層截面的輪廓為軌跡對液態(tài)樹脂逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反響，從而形成零件的一個(gè)薄層截面。當(dāng)一層固化完畢，移開工作臺(tái)，在原先固化好的樹脂外表再敷上一層新的液態(tài)樹脂以便進(jìn)行下一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)零件原型制造完畢。SL〔Stereolithography〕光固化法I8/29/2024283典型的RPM工藝方法單面涂有熱溶膠的紙片通過加熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的一層紙?jiān)侬B加在上面，通過熱壓裝置和下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割，這樣反復(fù)逐層切割—粘合—切割……直到整個(gè)零件模型制作完成。該法只需切割輪廓，特別適合制造實(shí)心零件。LOM〔LamitedObjectManufacturing〕迭層法II8/29/2024293典型的RPM工藝方法采用CO2激光器作能源，在工作臺(tái)上均勻輔上一層很薄的粉末，激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進(jìn)行燒結(jié)，一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完后去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干等處理便獲得零件。激光選區(qū)燒結(jié)/SLS法〔SelectiveLaserSintering〕III1-激光器2-激光窗3-加工平面4-生成零件5-原料粉末6-鋪粉滾筒

成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉，用金屬粉或陶瓷粉進(jìn)行直接燒結(jié)的工藝正在實(shí)驗(yàn)研究階段。8/29/2024303典型的RPM工藝方法保持半流動(dòng)成型材料剛好在熔點(diǎn)之上〔通常控制在比熔點(diǎn)高1℃左右〕。FDM噴頭受CAD分層數(shù)據(jù)控制，使半流動(dòng)狀態(tài)的熔絲材料從噴頭中擠壓出來，凝固形成輪廓形狀的薄層。每層厚度范圍在0.025～0.762mm，一層疊一層最后形成整個(gè)零件模型。FDM〔FusedDepositionModeling〕熔融沉積法IV8/29/2024314快速產(chǎn)品開發(fā)IRPM在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用II8/29/2024324i間接制?？焖倌＞咧圃霫II硅橡膠澆注法樹脂澆注法精密鑄造陶瓷模具電鍍法制作金屬模金屬熔射噴涂法制作金屬模熔模制造模具ii直接制模8/29/2024334i間接制模快速模具制造III硅橡膠澆注法：以RPM原型為母模，采用硫化的有機(jī)硅橡膠澆注制作硅橡膠軟模。對RPM原型進(jìn)行外表處理，并涂灑脫模劑；將原型放置?？虿⑦M(jìn)行固定，在真空室配制硅橡膠；抽去氣泡，向?？騼?nèi)澆注混合的硅橡膠液；硅橡膠固化后開模，取出原型。8/29/2024344i間接制?？焖倌＞咧圃霫II樹脂澆注法：以液態(tài)環(huán)氧樹脂作為基材。對RPM原型進(jìn)行外表處理，并涂灑脫模劑；確定分型面；環(huán)氧樹脂澆注；取出原型。8/29/2024354i間接制?？焖倌＞咧圃霫II精密鑄造陶瓷型模具：RPM原型制造；復(fù)制硅橡膠或環(huán)氧樹脂軟模；移去母模原型；利用軟模澆注或噴涂陶瓷漿料并硬化；澆注金屬形成金屬模；金屬模型腔外表拋光；參加澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；8/29/2024364i間接制?？焖倌＞咧圃霫II電鑄法制作金屬模：RPM原型制造；復(fù)制硅橡膠或環(huán)氧樹脂軟模；移去母模原型；利用軟模澆注石蠟石膏模型；石蠟石膏模型外表金屬化處理；電鑄、形成金屬硬殼；制作背襯；參加澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；8/29/2024374i間接制?？焖倌＞咧圃霫II金屬熔射噴涂法制作金屬模：RPM原型外表處理；原型噴涂霧狀金屬、形成金屬硬殼；制作背襯；參加澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；8/29/2024384i間接制模快速模具制造III熔模制作模具：RPM原型制造；制作蠟?zāi)盒停幌災(zāi)?；利用蠟?zāi)Ｈ勰ｈT造成金屬模；8/29/2024394快速模具制造III采用LOM工藝的紙基原型，經(jīng)過適當(dāng)?shù)耐獗硖幚?，可作為砂型鑄造的木模，低熔點(diǎn)合金的鑄模，注塑模；利用SLS工藝燒結(jié)有聚合物包覆的金屬粉末，可得到金屬的實(shí)體原型，經(jīng)過對該原型進(jìn)行后處理可直接得到金屬模；ii直接制模iii8/29/2024405i從制造目標(biāo)來說，RPM主要用于不同制造目標(biāo)相對獨(dú)立開展I快速概念設(shè)計(jì)原型制造快速模具原型制造快速功能測試原型制造快速功能零件制造ii快速概念設(shè)計(jì)原型制造和快速模具原型制造將是研究和商品化的重點(diǎn)；iii8/29/2024415i由于大型模具的制造難度和RPM的優(yōu)勢，RPM市場將有一定比例被大型模具制造所占據(jù)；向大型制造和微型制造進(jìn)軍；IIiiSL的一個(gè)重要開展方向是微米印刷，以制造微米零件；追求RPM更快的制造速度，更高的精度，更高的可靠性；IIIRPM的設(shè)備安裝使用外設(shè)化和智能化；IVRPM標(biāo)準(zhǔn)化，與制造行業(yè)相融合；V8/29/2024428.4.磁性磨料研磨加工1根本原理磁性研磨的原理在本質(zhì)上和機(jī)械研磨相同，只是磨料是導(dǎo)磁的，磨料作用在工件外表的研磨力是磁場形成的；磁場將磁性磨料吸壓在加工件外表；I磁性磨料在加工間隙間沿磁力線排列，形成彈性磁刷；II旋轉(zhuǎn)磁場或旋轉(zhuǎn)工件以形成相對磨削運(yùn)動(dòng)；III8/29/2024438.4.磁性磨料研磨加工2磁性磨料研磨加工特點(diǎn)自銳性好，磨削能力強(qiáng)，加工效率高；I在磁場作用下，磨粒不斷地重新排列；磁性研磨溫升小，工件變形?。籌I磨粒與工件作用時(shí)間短；磁性研磨切削深度小，加工外表平整光潔；III“磁刷〞是具有一定剛度的柔性刷；工件外表交變勵(lì)磁，提高了工件外表的物理和化學(xué)性能；IV工件外表反復(fù)充電，強(qiáng)化了外表的電化學(xué)過程，改變了外表應(yīng)力狀態(tài)；8/29/2024448.4.磁性磨料研磨加工2磁性磨料研磨加工特點(diǎn)無粉塵、廢液和噪聲污染，工作環(huán)境好；V磁場吸附切屑，“軟磁刷〞噪音較??；加工范圍廣，工藝適應(yīng)性強(qiáng)；VI加工復(fù)雜的內(nèi)、外外表；加工設(shè)備簡單，不需要砂輪、油石、帶傳動(dòng)等；VII磁性磨料更換方便；VIII8/29/2024458.4.磁性磨料研磨加工3設(shè)備和工具一般用臺(tái)鉆、立鉆或車床改裝；I小型零件的磁力系統(tǒng)采用永磁材料，大中型零件采用電磁鐵；II磁性磨料是鐵粉或鐵合金的粉末與磨料參加粘結(jié)劑燒結(jié)而成；III8/29/2024468.4.磁性磨料研磨加工4設(shè)備分類：恒磁場，依靠磁性加工工具與加工外表相對移動(dòng)來加工；I磁性磨料移動(dòng)的距離?。徊捎靡子诖呕屯舜诺蔫F磁性磨料，具有高的飽和磁化強(qiáng)度；8/29/2024478.4.磁性磨料研磨加工4設(shè)備分類：恒磁場；I8/29/2024488.4.磁性磨料研磨加工4設(shè)備分類：恒磁場；I8/29/2024498.4.磁性磨料研磨加工4設(shè)備分類：恒磁場；I