特種加工與先進(jìn)制造技術(shù)

特種加工與先進(jìn)制造技術(shù)第一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三第9章特種加工與先進(jìn)制造技術(shù)9.12快速原型技術(shù)第二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.1概述1)特種加工主要依靠電、化學(xué)、光、聲、熱等能量去除金屬材料，而不主要依靠機(jī)械能，因此與加工對(duì)象的力學(xué)性能無(wú)關(guān)。

2)工具硬度可低于被加工材料的硬度。

3)加工過(guò)程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力，因此不存在明顯的的機(jī)械應(yīng)變或熱應(yīng)變，可獲得較小的表面粗糙度值，其熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩(wěn)定性好。

4)有些特種加工，如超聲波、電化學(xué)、水噴射、磨料流等，加工余量都是非常細(xì)微，因此不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度和極小的表面粗糙度值。第三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.1概述5)兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復(fù)合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。第四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.2電火花加工9.2.1電火花加工的原理

9.2.2電火花加工的特點(diǎn)

9.2.3電火花加工的分類及應(yīng)用

9.2.4電火花加工機(jī)床第五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.2.1電火花加工的原理1)工具電極和工件電極之間必須保持一定的間隙。

2)必須采用脈沖電源。

3)必須在有一定絕緣性能的流動(dòng)的工作液中進(jìn)行火花放電，這有利于產(chǎn)生脈沖性火花放電，并排除放電間隙中的電蝕物，還可以對(duì)電極及工件表面起較好的冷卻作用。圖9-1電火花加工原理示意圖

1—工件2—脈沖電源3—自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置

4—工具5—工作液6—過(guò)濾器7—工作液泵第六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.主要優(yōu)點(diǎn)1)適合于任何難切削材料的加工。

2)可以加工特殊及復(fù)雜形狀的表面和零件。

3)脈沖參數(shù)可任意調(diào)節(jié)，加工中只要更換工具電極或采用階梯形工具電極就可以在同一機(jī)床上連續(xù)進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。9.2.2電火花加工的特點(diǎn)第七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.局限性1)主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料，但在一定條件下也可以加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。

2)一般加工速度較慢，因此通常安排工藝時(shí)多采用切削加工來(lái)去除大部分余量，然后再進(jìn)行電火花加工以求提高生產(chǎn)率。

3)存在電極損耗。第八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.2.3電火花加工的分類及應(yīng)用(1)電火花成形加工電極與工件之間只有一個(gè)相對(duì)的伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，電極為成形電極，與被加工表面具有相同的截面形狀，主要用于穿孔加工和型腔加工。

(2)電火花線切割加工電極為沿軸線移動(dòng)的線電極，工件作X、Y方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主要用于各種通孔、異形通孔的加工。

(3)電火花磨削和鏜磨電極與工件相對(duì)旋轉(zhuǎn)，電極與工件有徑向和軸向的進(jìn)給，主要用于加工高精度和小表面粗糙度值的小孔。

(4)電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工電極與工件都作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電極相對(duì)工件可作縱、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主要用于加工異形齒輪、螺紋環(huán)規(guī)、內(nèi)外回轉(zhuǎn)體等。第九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.2.3電火花加工的分類及應(yīng)用(5)電火花高速小孔加工電極為大于0.3mm的細(xì)管，管內(nèi)沖高壓工作液，且電極一邊旋轉(zhuǎn)一邊作垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主要用于線切割預(yù)穿絲孔的加工。

(6)電火花表面強(qiáng)化與刻字電極在工件表面一邊上下振動(dòng)，一邊相對(duì)移動(dòng)，每一次振動(dòng)都和工件接觸一次，主要用于模具刃口、量刃具表面的強(qiáng)化和鍍覆以及刻字、打印記等。第十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.2.4電火花加工機(jī)床(1)脈沖電源它是指把直流或工頻交流電轉(zhuǎn)變成一定頻率的單向脈沖電流，提供電火花加工所需要的放電能量。

(2)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)在電火花加工過(guò)程中，工具與工件必須保持一定的間隙。

(3)工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)它包括工作液箱、電動(dòng)機(jī)、泵、過(guò)濾裝置、工作液槽、油杯、管道、閥門(mén)以及測(cè)量?jī)x表等。

(4)機(jī)床本體機(jī)床本體由床身、立柱、主軸頭、工作臺(tái)及液槽等組成。圖9-2電火花穿孔加工

a)圓孔b)方槽c)異形孔d)彎孔第十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.2.4電火花加工機(jī)床圖9-3電火花型腔加工

1—工件2—工作電極圖9-4電火花線切割工作原理圖

1—工作液2—泵3—噴嘴4—導(dǎo)向器5—工件

6—絲筒7—脈沖電源8—電極絲9—坐標(biāo)

工作臺(tái)10—數(shù)控裝置11—步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.3電化學(xué)加工9.3.1電解加工

9.3.2電解磨削第十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.3.1電解加工1.電解加工的原理

2.電解加工的特點(diǎn)

3.電解加工機(jī)床

4.電解加工的應(yīng)用第十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.電解加工的原理圖9-6電解加工原理圖

1—直流電源2—工件3—工作電極4—電解液5—進(jìn)給機(jī)構(gòu)第十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.電解加工的特點(diǎn)在簡(jiǎn)單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中一次可加工出形狀復(fù)雜的型面、型腔，生產(chǎn)率比電火花加工高5-10倍?？梢约庸じ哂捕取⒏邚?qiáng)度和高韌性等難切削的金屬材料，如淬火鋼、高溫合金、鈦合金等。加工中無(wú)切削力，適合加工薄壁零件。工具電極無(wú)損耗。加工后零件表面無(wú)殘余應(yīng)力、無(wú)毛刺。加工出的零件尺寸精度不高，電解液對(duì)機(jī)床有腐蝕作用，電解產(chǎn)物回收較困難。第十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.3.2電解磨削1.電解磨削原理

2.電解磨削的特點(diǎn)

3.電解磨削的應(yīng)用第十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.電解磨削原理圖9-7電解磨削原理圖

1—導(dǎo)電砂輪2—電解液3—工件第十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.電解磨削原理圖9-8電解磨削加工過(guò)程原理圖

1—磨粒2—結(jié)合劑3—電極間隙及電

解液4—工件5—陽(yáng)極薄膜第十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.電解磨削的特點(diǎn)(1)加工范圍廣，效率高由于它主要是電解作用，因此只要選擇合適的電解液，就可以用來(lái)加工任何高硬度與高韌性的金屬材料，例如磨削硬質(zhì)合金時(shí)，與普通的金剛石砂輪磨削相比較，電解磨削的加工效率要高3～5倍。

(2)提高加工精度及表面質(zhì)量因?yàn)樯拜啿⒉恢饕ハ鹘饘?，磨削力和磨削熱都很小，不?huì)產(chǎn)生磨削毛刺、裂紋、燒傷現(xiàn)象，一般表面粗糙度值可小于Ra0.16μm，而加工精度與機(jī)械磨削相近。第二十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.電解磨削的特點(diǎn)(3)砂輪的磨損量小如磨削硬質(zhì)合金時(shí)，用普通機(jī)械磨削，碳化硅砂輪的磨損量為磨損掉硬質(zhì)合金質(zhì)量的400％～600％；用電解磨削，砂輪的磨損量只有磨損掉硬質(zhì)合金質(zhì)量的50％～100％。第二十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.電解磨削的應(yīng)用電解加工是繼電火花加工之后發(fā)展較快、應(yīng)用較廣泛的一項(xiàng)新工藝?？蛇M(jìn)行深孔擴(kuò)孔加工、型孔的加工、型腔的加工、套料加工、葉片加工、電解倒棱去毛刺、電解刻字、電解拋光等。目前在國(guó)內(nèi)外已成功地應(yīng)用于槍炮、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭等制造業(yè)第二十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.4超聲波加工9.4.1超聲波加工的原理

9.4.2超聲波加工的特點(diǎn)

9.4.3超聲波加工機(jī)床

9.4.4超聲波加工的應(yīng)用第二十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.4.1超聲波加工的原理圖9-9超聲波加工原理圖

1—工件2—磨料懸浮液3—工具4—變幅桿

5—換能器6—超聲波發(fā)生器第二十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.4.2超聲波加工的特點(diǎn)1)適合于加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料，例如玻璃、陶瓷(氧化鋁、氮化硅等)、石英、鍺、硅、石墨、瑪瑙、寶石、金剛石等。

2)由于工具可用較軟的材料做成較復(fù)雜的形狀，故不需要使工具和工件作比較復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，操作、維修方便。

3)由于去除加工余量是靠極小的磨料瞬時(shí)局部的撞擊作用，所以工具對(duì)工件加工表面宏觀作用力小，熱影響小，不會(huì)引起變形和燒傷。第二十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.4.3超聲波加工機(jī)床圖9-10超聲波加工機(jī)床

1—支架2—平衡重錘3—工作臺(tái)

4—工具5—振幅擴(kuò)大棒6—換

能器7—導(dǎo)軌8—標(biāo)尺第二十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.4.4超聲波加工的應(yīng)用(1)型孔、型腔加工超聲波加工的生產(chǎn)率比電火花、電解加工等低，但加工精度和表面質(zhì)量較好，用于脆硬材料的圓孔、型孔、型腔、微細(xì)孔等的加工。

(2)切割加工目前用普通機(jī)床對(duì)脆硬材料進(jìn)行切割加工較困難，通?？捎贸暭庸さ姆椒ㄟM(jìn)行切割，如切割單晶硅片、陶瓷等脆硬材料。

(3)復(fù)合加工在超聲加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等硬質(zhì)金屬材料時(shí)，加工速度較低，工具損耗加大。

(4)超聲波清洗超聲波清洗主要是基于超聲波頻振動(dòng)在液體中產(chǎn)生的交變沖擊波和空化作用。第二十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.4.4超聲波加工的應(yīng)用(5)焊接加工超聲波焊接的原理是利用超聲波振動(dòng)作用，去除工件表面的氧化膜，顯露出新的本體表面，在兩個(gè)被焊接的工件表面分子的高速振動(dòng)撞擊下，摩擦發(fā)熱并親和粘接在一起。第二十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.5激光加工9.5.1激光加工的原理

9.5.2激光加工的特點(diǎn)

9.5.3激光加工的應(yīng)用第二十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.5.1激光加工的原理圖9-11固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖

1—全反射鏡2—工作物質(zhì)3—玻璃套管4—部分反射鏡

5—聚光器6—氙燈7—激光器電源第三十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.5.2激光加工的特點(diǎn)1)由于它的功率密度高，幾乎可以加工任何材料。

2)激光光斑大小可以聚焦到微米級(jí)，輸出功率可以調(diào)節(jié)，因此可用以精密微細(xì)加工。

3)加工所用工具是激光束，是非接觸加工，所以沒(méi)有明顯的機(jī)械力，沒(méi)有工具損耗問(wèn)題。

4)激光加工是一種熱加工，影響因素很多，因此，精微加工時(shí)的精度，尤其是重復(fù)精度和表面粗糙度不易保證。

5)加工中容易產(chǎn)生金屬氣體及火星等飛濺物，要注意通風(fēng)，操作者應(yīng)戴防護(hù)眼鏡。第三十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.5.3激光加工的應(yīng)用(1)激光打孔利用激光幾乎可以在任何材料上打微型小孔。

(2)激光切割激光切割的原理和激光打孔的原理基本相同，所不同的是工件與激光束有相對(duì)移動(dòng)，在實(shí)際生產(chǎn)中一般都是工件移動(dòng)。

(3)激光焊接激光焊接與激光打孔的原理稍有不同，焊接時(shí)不需要那么高的能量密度使工件材料氣化蝕除，因此，通?？赏ㄟ^(guò)減小激光輸出功率和照射時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，使工件材料在加工區(qū)熔融而粘合在一起。第三十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.5.3激光加工的應(yīng)用(4)激光熱處理激光熱處理的過(guò)程是將激光束掃射零件表面，其紅外光能量被工件表面吸收而迅速達(dá)到極高的溫度，使金屬產(chǎn)生相變，隨著激光束離開(kāi)工件表面，工件表面的熱量迅速向內(nèi)部傳遞而形成極高的冷卻速度，使工件表面相變硬化。

(5)激光微調(diào)激光微調(diào)就是利用激光照射電阻膜表面，將一部分電阻膜氣化去除，以減小導(dǎo)電膜的截面積來(lái)增加阻值，它主要用于調(diào)整厚膜及薄膜電路中的電阻、電容，同時(shí)可進(jìn)行多種功能微調(diào)。第三十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.6電子束加工9.6.1電子束加工原理和特點(diǎn)

9.6.2電子束加工的特點(diǎn)

9.6.3電子束加工設(shè)備

9.6.4電子束加工的應(yīng)用第三十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.6.1電子束加工原理和特點(diǎn)圖9-12電子束加工原理圖

1—陰極2—集束極3—陽(yáng)極

4—聚焦線圈5—偏轉(zhuǎn)

線圈6—工件第三十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.6.2電子束加工的特點(diǎn)1)由于電子束能夠極其微細(xì)地聚焦，所以加工面積可以很小，是一種精密微細(xì)的加工方法。

2)電子束能量密度很高，在極微小束斑上能達(dá)到106～109W/cm2，使照射部分的溫度超過(guò)材料的熔化和氣化溫度，去除材料主要靠瞬時(shí)蒸發(fā)，是一種非接觸式加工。

3)由于電子束加工在真空中進(jìn)行，因而污染少，加工表面不氧化，特別適用于加工易氧化的金屬及合金材料，以及純度要求極高的半導(dǎo)體材料。

4)由于電子束的能量密度高，而且能量利用率可達(dá)90％以上，因而加工生產(chǎn)率很高。第三十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.6.2電子束加工的特點(diǎn)5)可以通過(guò)磁場(chǎng)或電場(chǎng)對(duì)電子束的強(qiáng)度、位置、聚焦等進(jìn)行直接控制，所以整個(gè)加工過(guò)程便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

6)電子束加工需要一套專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格較貴，因而生產(chǎn)應(yīng)用有一定局限性。第三十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.6.3電子束加工設(shè)備圖9-13電子束加工設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

1—工件2—工作臺(tái)3—真空室門(mén)窗4—觀察筒

5、14—抽氣6—電子槍7—加速電壓控制室8—束

流強(qiáng)度控制板9—束流聚焦控制10—束流位置

控制11—截止閥12—電子束13—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)第三十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.6.4電子束加工的應(yīng)用(1)打孔電子束打孔不僅可以加工各種直的型孔(包括錐孔和斜孔)和型面，而且也可以加工彎孔和曲面。

(2)焊接電子束焊接是利用電子束作為熱源的一種焊接工藝。

(3)熱處理電子束熱處理是把電子束作為熱源，并適當(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。第三十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.7離子束加工9.7.1離子束加工的原理

燈絲發(fā)射電子，電子向下作高速螺旋運(yùn)動(dòng)。氬氣在高速電子的撞擊下被電離成離子，經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速聚焦，使之打到工件表面。由于離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬(wàn)倍，所以離子束加速到較高的速度時(shí)，具有很大的撞擊動(dòng)能來(lái)加工工件。第四十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.7.2離子束加工的特點(diǎn)(1)加工精度高，易精確控制離子束可以通過(guò)離子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行聚焦掃描，共聚焦光斑可達(dá)1μm以內(nèi)，因而可以精確控制尺寸范圍。

(2)污染少離子束加工在高真空中進(jìn)行，污染少，特別適合于加工易氧化的金屬、合金及半導(dǎo)體材料。

(3)加工應(yīng)力、變形極小離子束加工是一種原子級(jí)或分子級(jí)的微細(xì)加工，作為一種微觀作用，其宏觀壓力很小，適合于各類材料的加工，而且加工表面質(zhì)量高。第四十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.7.3離子束加工設(shè)備離子束加工設(shè)備與電子束加工設(shè)備相似，包括離子源、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源四個(gè)部分。但對(duì)于不同的用途，離子束加工設(shè)備有所不同。第四十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.7.4離子束加工的應(yīng)用(1)刻蝕離子束刻蝕是通過(guò)用離子轟擊工件，將工件材料原子從工件表面去除的工藝過(guò)程，是一個(gè)撞擊濺射過(guò)程。

(2)鍍膜離子鍍膜加工包括濺射鍍膜和離子鍍兩種方式。

(3)離子注入離子注入是將工件放在離子注入機(jī)的真空靶中，在幾十至幾百千伏的電壓下，把所需元素的離子注入工件表面。第四十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.8水射流加工9.8.1水射流加工的原理

9.8.2水射流加工的特點(diǎn)

9.8.3水射流加工的應(yīng)用第四十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.8.1水射流加工的原理20世紀(jì)70年代，高壓水射流開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)切割領(lǐng)域,基于其在效率、環(huán)保、使用范圍等方面的卓越表現(xiàn)，使之在30多年來(lái)得以迅速發(fā)展，成為越來(lái)越被普及的加工方式。第四十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.8.2水射流加工的特點(diǎn)(1)切割品質(zhì)優(yōu)異水射流是一種冷加工方式，“水刀”不磨損且半徑很小，能加工具有銳邊輪廓的小圓弧。

(2)幾乎沒(méi)有材料和厚度的限制無(wú)論是金屬類如普通鋼板、不銹鋼、銅、鈦、鋁合金等，或是非金屬類如石材、陶瓷、玻璃、橡膠、紙張及復(fù)合材料，皆可適用。

(3)節(jié)約成本該技術(shù)不需二次加工，既可鉆孔也可切割，降低了切割時(shí)間及制造成本。

(4)清潔環(huán)保無(wú)污染在切割過(guò)程中不產(chǎn)生弧光、灰塵及有毒氣體，操作環(huán)境整潔，符合環(huán)保要求。第四十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.8.3水射流加工的應(yīng)用圖9-14磨料射流加工

a)磨料射流系統(tǒng)示意圖b)磨料射流切割鋁板材

1—工件2—磨料噴嘴3—水射流噴嘴4—磨料第四十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.9超精密加工技術(shù)9.9.1超精密加工的特征

9.9.2超精密加工的設(shè)備

9.9.3超精密切削加工的刀具第四十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.9.1超精密加工的特征通常按照加工精度劃分，可將機(jī)械加工分為一般加工、精密加工和超精密加工。由于技術(shù)的不斷發(fā)展，劃分的界限將隨著歷史進(jìn)程而逐漸向前推移，過(guò)去的精密加工對(duì)于今天來(lái)說(shuō)已經(jīng)是普通加工，因此，精密和超精密是相對(duì)的，在不同的時(shí)期有不同的界定。第四十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.9.2超精密加工的設(shè)備圖9-15美國(guó)LLNL的大型金剛石超精密切削機(jī)床

1—主軸2—高速刀具伺服系統(tǒng)3—刀具軸4—X軸滑板5—上部機(jī)架6—主機(jī)架7—?dú)鈩?dòng)支架第五十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.9.3超精密切削加工的刀具圖9-16金剛石刀具切削刃形狀示意圖第五十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.9.3超精密切削加工的刀具圖9-17金剛石車刀切削部分示意圖第五十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.10納米加工技術(shù)9.10.1納米技術(shù)概述

9.10.2納米加工的物理實(shí)質(zhì)

9.10.3納米級(jí)加工精度

9.10.4納米加工中的LIGA技術(shù)

9.10.5原子級(jí)加工技術(shù)第五十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.10.1納米技術(shù)概述20世紀(jì)80年代誕生的納米科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著人類改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，標(biāo)志著人類科學(xué)技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代——納米科學(xué)技術(shù)時(shí)代，也標(biāo)志著人類即將從“毫米文明”、“微米文明”邁向“納米文明”時(shí)代第五十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.10.2納米加工的物理實(shí)質(zhì)表9-2不同材料的原子間結(jié)合能密度第五十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.10.3納米級(jí)加工精度1.納米級(jí)尺寸精度

2.納米級(jí)幾何形狀精度

3.納米級(jí)表面質(zhì)量第五十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.納米級(jí)尺寸精度(1)較大尺寸的絕對(duì)精度很難達(dá)到納米級(jí)零件材料的穩(wěn)定性、內(nèi)應(yīng)力、本身質(zhì)量造成的變形等內(nèi)部因素和環(huán)境的溫度變化、氣壓變化、測(cè)量誤差等都將產(chǎn)生尺寸誤差。

(2)較大尺寸的相對(duì)精度或重復(fù)精度達(dá)到納米級(jí)這在某些超精密加工中會(huì)遇到，例如某些高精度孔和軸的配合，某些精密機(jī)械零件的個(gè)別關(guān)鍵尺寸，超大規(guī)模集成電路制造過(guò)程中要求的重復(fù)定位精度等，現(xiàn)在使用激光干涉測(cè)量和X射線干涉測(cè)量法都可以達(dá)到?級(jí)的測(cè)量分辨率和重復(fù)精度，可以保證這部分加工精度的要求。第五十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.納米級(jí)尺寸精度(3)微小尺寸加工達(dá)到納米級(jí)精度這是精密機(jī)械、微型機(jī)械和超微型機(jī)械中遇到的問(wèn)題，無(wú)論是加工或測(cè)量都需要繼續(xù)研究發(fā)展。第五十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.10.4納米加工中的LIGA技術(shù)LIGA(德語(yǔ)LithographieGalvanoformungundAbformung)技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期由德國(guó)W.Ehrfeld教授等人發(fā)明的，是使用X射線的深度光刻與電鑄相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高深寬比的微細(xì)構(gòu)造的微細(xì)加工技術(shù)，簡(jiǎn)稱光刻電鑄。它是最新發(fā)展的深度光刻、電鑄成形和塑注成形的復(fù)合微細(xì)加工技術(shù)第五十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.10.5原子級(jí)加工技術(shù)圖9-18納米加工示例第六十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.11超高速加工技術(shù)9.11.1超高速加工技術(shù)概述

9.11.2超高速加工的原理

9.11.3超高速加工技術(shù)的優(yōu)越性

9.11.4超高速切削機(jī)床

9.11.5超高速切削的刀具技術(shù)第六十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.11.1超高速加工技術(shù)概述表9-3不同加工工藝的切削速度范圍表9-4各種材料的切削速度范圍第六十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.11.2超高速加工的原理圖9-19Salomon提出的切削速度與切削溫度曲線第六十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.11.2超高速加工的原理圖9-20超高速切削概念示意圖第六十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.11.3超高速加工技術(shù)的優(yōu)越性1.超高速切削加工的優(yōu)越性

2.超高速磨削加工的優(yōu)越性第六十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.超高速切削加工的優(yōu)越性(1)加工效率高高速切削加工比常規(guī)切削加工的切削速度高5～10倍，進(jìn)給速度隨切削速度的提高也可相應(yīng)提高5～10倍，這樣，單位時(shí)間材料切除率可提高3～6倍，因而零件加工時(shí)間通?？煽s減到原來(lái)的1/3，從而提高了加工效率和設(shè)備利用率，縮短生產(chǎn)周期。

(2)切削力小和常規(guī)切削加工相比，高速切削加工切削力至少可降低30％，這對(duì)于加工剛度較差的零件(如細(xì)長(zhǎng)軸、薄壁件)來(lái)說(shuō)，可減少加工變形，提高零件加工精度。

(3)熱變形小高速切削加工過(guò)程極為迅速，95％以上的切削熱來(lái)不及傳給工件，而被切屑迅速帶走，零件不會(huì)由于溫升導(dǎo)致彎翹或膨脹變形。第六十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.超高速切削加工的優(yōu)越性(4)加工精度高、加工質(zhì)量好由于高速切削加工的切削力和切削熱影響小，使刀具和工件的變形小，保持了尺寸的精確性，另外，由于切屑被飛快地切離工件，切削力利切削熱影響小，從而使工件表面的殘余應(yīng)力小，達(dá)到較好的表面質(zhì)量。

(5)加工過(guò)程穩(wěn)定高速旋轉(zhuǎn)刀具切削加工時(shí)的激振頻率高，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出“機(jī)床—工件—刀具”系統(tǒng)的固有頻率范圍，不會(huì)造成工藝系統(tǒng)振動(dòng)，使加工過(guò)程平穩(wěn)，有利于提高加工精度和表面質(zhì)量。第六十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.超高速切削加工的優(yōu)越性(6)良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益采用高速切削加工將能取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，如縮短加工時(shí)間，提高生產(chǎn)率；可加工剛度差的零件；零件加工精度高、表面質(zhì)量好；提高了刀具壽命和機(jī)床利用率；節(jié)省了換刀輔助時(shí)間和刀具刃磨費(fèi)用等。第六十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.超高速磨削加工的優(yōu)越性(1)可以大幅度提高磨削效率在磨削力不變的情況下，200m/s超高速磨削的金屬切除率比80m/s磨削提高150％，而340m/s時(shí)比180m/s時(shí)提高200％。

(2)磨削力小，零件加工精度高當(dāng)磨削效率相同時(shí)，200m/s時(shí)的磨削力僅為80m/s時(shí)的50％。

(3)可以獲得低粗糙度表面其他條件相同時(shí)，33m/s、100m/s和200m/s速度下磨削表面粗糙度分別為Ra2.0μm、Ra1.4μm、Ra1.1μm。

(4)可大幅度延長(zhǎng)砂輪壽命，有助于實(shí)現(xiàn)磨削加工的自動(dòng)化在磨削力不變條件下，以200m/s磨削時(shí)砂輪壽命比以80m/s磨削時(shí)提高1倍，而在磨削效率不變條件下砂輪壽命可提高7.8倍。第六十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.超高速磨削加工的優(yōu)越性(5)可以改善加工表面完整性超高速磨削可以越過(guò)容易產(chǎn)生磨削燒傷的區(qū)域，在大磨削用量下磨削時(shí)反而不產(chǎn)生磨削燒傷。第七十頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.11.4超高速切削機(jī)床1.超高速切削的主軸系統(tǒng)

2.超高速軸承技術(shù)

3.超高速切削機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)第七十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.超高速切削機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)1)慣性小，加速度高，可達(dá)1g～10g，速度高，可達(dá)60m/min～150m/min，易于高速精定位。

2)無(wú)中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，不存在反向間隙和摩擦磨損等問(wèn)題，精度高、可靠性好，使用壽命長(zhǎng)。

3)剛性好，動(dòng)態(tài)特性好。

4)行程長(zhǎng)度不受限制，并且在一個(gè)行程全長(zhǎng)內(nèi)可以安裝使用多個(gè)工作臺(tái)。第七十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.11.5超高速切削的刀具技術(shù)切削刀具材料的迅速發(fā)展是超高速切削得以實(shí)施的工藝基礎(chǔ)。超高速切削加工要求刀具材料與被加工材料的化學(xué)親合力要小，并且具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、抗沖擊性和耐磨性。目前適合于超高速切削的刀具材料主要有涂層刀具、金屬陶瓷刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼、聚晶金剛石(PCD)刀具等。第七十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.12快速原型技術(shù)9.12.1快速原型技術(shù)的基本原理

9.12.2快速原型的軟件系統(tǒng)

9.12.3快速原型技術(shù)的典型方法

9.12.4快速原型技術(shù)的特點(diǎn)

9.12.5快速原型技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)第七十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.12.1快速原型技術(shù)的基本原理1.構(gòu)造產(chǎn)品的三維CAD模型

2.三維模型的近似處理

3.三維模型的Z向離散化，即分層處理

4.處理層片信息，生成數(shù)控代碼

5.逐層堆積制造

6.后處理第七十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.12.2快速原型的軟件系統(tǒng)1)CAD造型軟件的功能是進(jìn)行零件的三維設(shè)計(jì)及模型的近似處理。

2)分層處理軟件對(duì)CAD軟件輸出的近似模型進(jìn)行檢驗(yàn)，確定其合理性并修復(fù)錯(cuò)誤、作幾何變換、選擇成形方向，進(jìn)行分層計(jì)算以獲取層片信息。

3)成形控制軟件的功能是進(jìn)行加工參數(shù)設(shè)定、生成數(shù)控代碼、控制實(shí)時(shí)加工。第七十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三9.12.3快速原型技術(shù)的典型方法1.光固化成形工藝(SLA)

2.疊層實(shí)體制造工藝(LOM)

3.選擇性激光燒結(jié)工藝(SLS)

4.熔融沉積制造工藝(FDM)第