現(xiàn)代加工技術第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.化學加工1化學蝕刻加工化學加工是利用酸、堿、鹽等化學溶液對金屬產生化學反響，使金屬腐蝕溶解，改變工件尺寸和形狀的一種加工方法。i加工原理化學蝕刻加工的原理、特點和應用范圍I先把工件非加工外表用來腐蝕性涂層保護起來，需要加工的外表露出來，浸入化學溶液中進行腐蝕，使金屬按特定的部位溶解去處，到達加工的目的。溶解的速度與工件材料的種類及溶液成分有關；8/29/202428.1.化學加工1化學蝕刻加工ii加工特點：化學蝕刻加工的原理、特點和應用范圍I可加工任何難切削的金屬材料；適合大面積加工，可同時加工多件；加工過程不會產生應力、裂紋、毛刺等缺陷，外表粗糙度可達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；腐蝕液對設備和人體有危害；8/29/202438.1.化學加工1化學蝕刻加工iii應用范圍：化學蝕刻加工的原理、特點和應用范圍I主要用于較大工件的金屬外表厚度減薄加工，特別是不利于機械加工的薄壁、內外表層的金屬蝕刻；用于在厚度小于1.5的薄壁零件上加工復雜的型孔；8/29/202448.1.化學加工1化學蝕刻加工i涂覆：化學蝕刻加工的工藝過程II去除工件外表油污、氧化膜，在相應的腐蝕液中預腐蝕；保護層必須具備良好的耐酸、堿性能，并在蝕刻過程中粘結力不下降；常用保護層材料：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，涂后經一定時間和適當溫度固化；8/29/202458.1.化學加工1化學蝕刻加工ii刻型或劃線：化學蝕刻加工的工藝過程II根據樣板的形狀和尺寸，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.化學加工2光化學腐蝕加工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，經光化學反響將圖像復制到涂有感光膠的銅板或鋅版上，再經過緊膜固化處理使感光膠具有一定的抗腐蝕能力，最后經過化學腐蝕，得到所需的圖形的金屬板。8/29/202478.1.化學加工2光化學腐蝕加工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.化學加工2光化學腐蝕加工ii工藝過程照相制版的原理和工藝I曝光、顯影和堅膜：固化：進一步提高感光堅膜后的膠膜的抗腐蝕能力；8/29/202498.1.化學加工2光化學腐蝕加工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劑進行側壁保護或有粉腐蝕法；8/29/2024108.1.化學加工2光化學腐蝕加工i光刻加工的原理、特點和應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反響特點，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，對襯底外表進行腐蝕；尺寸精度高，可達0.01~0.005；半導體器件和集成電路制造的關鍵工藝之一；精密產品零部件；8/29/2024118.1.化學加工2光化學腐蝕加工ii光刻加工的工藝過程光刻加工的原理和工藝II8/29/2024128.1.化學加工2光化學腐蝕加工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.化學加工3化學拋光i原理：化學拋光的原理和特點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.化學加工3化學拋光化學拋光的原理和特點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；可以拋光內外表和形狀復雜零件；不需電源、設備簡單；ii特點：8/29/2024158.1.化學加工3化學拋光化學拋光的工藝要點和應用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；拋光時要嚴格控制溫度和時間；要根據材料、溶液成分經試驗得出溫度和時間的最正確值；i金屬的化學拋光：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半導體材料的化學拋光：8/29/2024168.1.化學加工4化學鍍膜化學鍍膜的原理和特點I在含金屬鹽溶液的鍍液中參加一種化學復原劑，將鍍液中的金屬原子復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、防腐蝕或導電作用；i原理：鍍層厚度均勻；ii特點：不需電源、設備簡單，鍍液可再生使用；8/29/2024178.1.化學加工4化學鍍膜化學鍍膜的工藝要點及應用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；應用最廣的是鍍鎳、鈷、鉻、鋅，其次是銅、錫；i工藝要點：復原劑：次磷酸鈉、次硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、葡萄糖；ii應用：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。機械壓縮效應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電荷的自由電子所組成。電弧在被迫通過噴嘴通道時，通道對電弧產生機械壓縮作用；噴嘴通道的直徑和長度對機械壓縮效應的影響很大；8/29/2024198.2.等離子體加工1根本原理熱收縮效應II噴嘴內部通入冷卻水內壁受到冷卻，因而靠近內壁的氣體電離度急劇下降，導電性差，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，那么熱收縮效應越強烈；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，使鎢電極與噴嘴內壁之間發(fā)生電弧放電，吹入的工質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III電弧周圍的磁場迫使電弧產生強烈的收縮作用，使電弧變細，電弧區(qū)中心電流密度更大；三種效應使等離子體電弧中心溫度高達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設備和工具手持等離體切割器和小型手提式裝置；I復雜的數(shù)控設備；II合金鋼冶煉；III4實際應用切割金屬；I熱輔助加工；II外表處理；IV8/29/2024231III我國92年進入RPM領域；III清華大學、西安交通大學、華中科技大學、北京隆源等單位在RMP設備、材料和軟件方面先后完成了開發(fā)和產業(yè)化過程；IVV8/29/2024242i可以制造任意復雜的三維幾何實體；IiiCAD模型直接驅動；iii成形設備無需專用夾具或工具；iv成形過程無人干預或較少干預；8/29/2024252II采用離散/堆積成形原理；噴粘結劑噴熱熔材料三維產品（樣品/模具）表面處理構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粉末8/29/2024262i零件CAD模型的建立；IIii數(shù)據轉換文件的生成；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，將計算機控制下的紫外激光按預定零件分層截面的輪廓為軌跡對液態(tài)樹脂逐點掃描，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產生光聚合反響，從而形成零件的一個薄層截面。當一層固化完畢，移開工作臺，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，如此重復直到整個零件原型制造完畢。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，用激光束將紙切割成所制零件的內外輪廓，然后新的一層紙再疊加在上面，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，這樣反復逐層切割—粘合—切割……直到整個零件模型制作完成。該法只需切割輪廓，特別適合制造實心零件。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，在工作臺上均勻輔上一層很薄的粉末，激光束在計算機控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行燒結，一層完成后再進行下一層燒結。全部燒結完后去掉多余的粉末，再進行打磨、烘干等處理便獲得零件。激光選區(qū)燒結/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行直接燒結的工藝正在實驗研究階段。8/29/2024303典型的RPM工藝方法保持半流動成型材料剛好在熔點之上〔通?？刂圃诒热埸c高1℃左右〕。FDM噴頭受CAD分層數(shù)據控制，使半流動狀態(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零件模型。FDM〔FusedDepositionModeling〕熔融沉積法IV8/29/2024314快速產品開發(fā)IRPM在醫(yī)學領域的應用II8/29/2024324i間接制模快速模具制造III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?？焖倌＞咧圃霫II硅橡膠澆注法：以RPM原型為母模，采用硫化的有機硅橡膠澆注制作硅橡膠軟模。對RPM原型進行外表處理，并涂灑脫模劑；將原型放置?？虿⑦M行固定，在真空室配制硅橡膠；抽去氣泡，向模框內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間接制模快速模具制造III精密鑄造陶瓷型模具：RPM原型制造；復制硅橡膠或環(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；制作蠟模壓型；蠟模；利用蠟模熔模鑄造成金屬模；8/29/2024394快速模具制造III采用LOM工藝的紙基原型，經過適當?shù)耐獗硖幚?，可作為砂型鑄造的木模，低熔點合金的鑄模，注塑模；利用SLS工藝燒結有聚合物包覆的金屬粉末，可得到金屬的實體原型，經過對該原型進行后處理可直接得到金屬模；ii直接制模iii8/29/2024405i從制造目標來說，RPM主要用于不同制造目標相對獨立開展I快速概念設計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快速概念設計原型制造和快速模具原型制造將是研究和商品化的重點；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；向大型制造和微型制造進軍；IIiiSL的一個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的設備安裝使用外設化和智能化；IVRPM標準化，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上和機械研磨相同，只是磨料是導磁的，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旋轉磁場或旋轉工件以形成相對磨削運動；III8/29/2024438.4.磁性磨料研磨加工2磁性磨料研磨加工特點自銳性好，磨削能力強，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??；II磨粒與工件作用時間短；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；工件外表交變勵磁，提高了工件外表的物理和化學性能；IV工件外表反復充電，強化了外表的電化學過程，改變了外表應力狀態(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〞噪音較小；加工范圍廣，工藝適應性強；VI加工復雜的內、外外表；加工設備簡單，不需要砂輪、油石、帶傳動等；VII磁性磨料更換方便；VIII8/29/2024458.4.磁性磨料研磨加工3設備和工具一般用臺鉆、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劑燒結而成；III8/29/2024468.4.磁性磨料研磨加工4設備分類：恒磁場，依靠磁性加工工具與加工外表相對移動來加工；I磁性磨料移動的距離?。徊捎靡子诖呕屯舜诺蔫F磁性磨料，具有高的飽和磁化強度；8/29/2024478.4.磁性磨料研磨加工4設備分類：恒磁場；I8/29/2024488.4.磁性磨料研磨加工4設備分類：恒磁場；I8/29/2024498.4.磁性磨料研磨加工4設備分類：恒磁場；I