3 高能束加工及復(fù)合加工技術(shù),歷史背景激光加工技術(shù)電子束加工技術(shù)離子束加工技術(shù),主要內(nèi)容,復(fù)合加工技術(shù)機械復(fù)合加工電化學(xué)復(fù)合加工電火花復(fù)合加工超聲復(fù)合加工磨料水射流加工化學(xué)機械拋光,3.1 概述,歷史背景高能束加工：材料性能日益提高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，新材料新結(jié)構(gòu)及復(fù)雜形狀的零件大量涌現(xiàn)，其形狀復(fù)雜性、可加工性、加工精度、表面完整性等是一般機械加工難以實現(xiàn)的。復(fù)合加工：近50年來出現(xiàn)了電加工等不單純憑機械能去除材料的方法，可以解決難加工材料的加工性等問題，但又有一些局限性。,3.1 概述,定義高能束加工(HEDM)：是利用高能量密度的束流(激光束、電子束、離子束)作為熱源，對材料或構(gòu)件進行加工的先進的特種加工技術(shù)。復(fù)合加工(CM)：是指對零件加工部位同時施加兩種或多種不同類型的能量或加工方法，使被加工材料去除或改性的加工方法。,3.1 概述,優(yōu)缺點高能束加工利用高能束熱源、高能量密度、可精密控制微焦點和高速掃描的技術(shù)特點實現(xiàn)對材料的深穿透、高速加熱、高速冷卻的全方位加工。復(fù)合加工：彌補普通加工的不足，提高效率，兼顧加工精度、加工質(zhì)量和工具損耗。,3.1 概述,應(yīng)用：高能束加工：焊接、切割、打孔、噴涂、表面改性、刻蝕、精細加工復(fù)合加工：廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中,3.1 概述,意義：高能束加工具有常規(guī)加工無法比擬的優(yōu)點，在高技術(shù)和國防工業(yè)中占有重要地位，是制造工藝發(fā)展的前沿領(lǐng)域和重要方向，也是航空航天軍事等尖端領(lǐng)域以及微電子等高新技術(shù)領(lǐng)域必不可少的特種加工技術(shù)。復(fù)合加工：是制造工藝發(fā)展的前沿領(lǐng)域和重要方向，應(yīng)用越來越廣泛，向柔性化多功能方向發(fā)展。,高能束加工特點及應(yīng)用領(lǐng)域,高能束加工特點：表3-1應(yīng)用領(lǐng)域：圖3-1工業(yè)領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域、國防工業(yè)領(lǐng)域：如重型裝備、壓力容器、運載工具飛行器焊接；微電子和精密器件制造，超大規(guī)模集成元件、航空航天航海儀表、陀螺、膜盒的制造和核動力裝置燃料棒的高質(zhì)量高效率密封；宇航動力裝置上氣膜冷卻小孔層板結(jié)構(gòu)的高效率高質(zhì)量制造；太空焊接、釬焊、切割以及深水下加工；材料表面改性、非晶態(tài)化制備涂層和特殊材料等,復(fù)合加工特點及應(yīng)用領(lǐng)域,復(fù)合加工方法特點：表3-2，優(yōu)點應(yīng)用：航空航天原子能等工業(yè)領(lǐng)域中難加工材料，精密機械和電子工業(yè)的硬脆材料和晶體材料，玻璃半導(dǎo)體等硬脆材料,3.2 激光加工技術(shù),激光的產(chǎn)生及其特性激光的產(chǎn)生：發(fā)光原理：原子接受外來能量或向外釋放能量時，核外電子的運動軌道半徑將發(fā)生變化，即產(chǎn)生能級的變化，釋放光子。激光是通過入射光子影響處于亞穩(wěn)態(tài)高能級的原子、離子或分子躍遷到低能級而完成受激輻射時發(fā)出的光。激光特性：表3-3，高亮度、方向性、單色性、相干性,激光加工的基本原理和特點,激光加工的基本原理定義：它是利用材料在激光聚焦照射下瞬時急劇熔化和氣化，形成很強的沖擊波，使被熔化的物質(zhì)爆炸式的噴濺來實現(xiàn)材料去除的加工技術(shù)。物理過程：光能吸收及能量轉(zhuǎn)化材料無損加熱材料熔化、氣化及濺出，作用終止及加工區(qū)冷凝,激光加工的基本原理和特點,機制：能量密度1011W/cm2，104高溫，光能轉(zhuǎn)化熱能，局部熔化氣化蒸發(fā)，形成凹坑；熱擴散使周圍金屬熔化；繼續(xù)吸收光能，凹坑中金屬蒸汽膨脹，壓力增大，熔融物高速噴射；產(chǎn)生的反沖擊壓力形成沖擊波，使熔化物質(zhì)噴射去除。,激光加工的基本原理和特點,1-激光器2-光闌3-反射鏡4-聚焦鏡5-工件6-工作臺7-電源,激光加工的基本原理和特點,激光加工的特點適應(yīng)性強：任何材料精度高：微米級的聚焦光斑加工質(zhì)量好：熱變形小，非接觸加工，無機械加工變形和工具損耗等問題速度快效率高：打孔0.01s，切割提高效率8-20倍，焊接提高效率30倍，微調(diào)薄膜電阻提高效率1000倍.容易實現(xiàn)自動化加工：傳輸方便，易于控制，便于與機器人、自動檢測、計算機數(shù)字控制等技術(shù)結(jié)合,激光加工的基本原理和特點,通用性強：選擇不同的導(dǎo)光系統(tǒng)及適當(dāng)加工條件，即可完成多種加工節(jié)能和節(jié)省材料：能量利用率為常規(guī)熱加工的10-1000倍，激光切割可節(jié)省材料15%-30%經(jīng)濟性好：不需設(shè)計制造工具，裝置簡單可通過透明介質(zhì)進行加工重復(fù)精度低，表面粗糙度不易保證高熱導(dǎo)率材料加工困難對表面光澤及透明材料，需先色化和打毛處理,激光加工的基本設(shè)備,包括：激光器，電源，光學(xué)系統(tǒng)和機械系統(tǒng)激光器：固體、氣體、液體、半導(dǎo)體、自由電子激光器固體激光器：圖3-3，工作物質(zhì)、光泵、玻璃套管、慮光液、冷卻水、聚光器和諧振腔等；工作物質(zhì)：紅寶石、銣玻璃、摻釹釔鋁石榴石；光泵：氙燈聚光器：圖3-4，球形，圓柱形，橢圓柱形，緊包裹形，鍍銀膜或金膜諧振腔：光學(xué)共振腔，常用平行平面諧振腔,激光加工的基本設(shè)備,氣體激光器種類：氦-氖激光器，CO2激光器等工作物質(zhì)：氦-氖混合氣體， CO2沒有光泵激勵，靠高壓電源使電子碰撞激發(fā)CO2激光器：放電管，諧振腔，冷卻系統(tǒng)，激勵電源優(yōu)點：單色性好，頻率穩(wěn)定；能連續(xù)工作，譜線波長豐富；結(jié)構(gòu)簡單，成本低,激光加工的基本設(shè)備,激光電源,CO2激光器,激光加工的基本設(shè)備,激光器電源：為激光器提供能量及控制功能；固體激光器：連續(xù)，脈沖；氣體激光器：直流、射頻、微波、電容器放電等光學(xué)系統(tǒng)：包括激光聚焦系統(tǒng)和觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、補償裝置及分光裝置；激光聚焦系統(tǒng)把激光束準(zhǔn)確聚焦與加工位置；觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)調(diào)整焦點位置；補償裝置用來補償聚焦不一致造成的誤差；分光裝置用于同時加工多個工件時；機械系統(tǒng)：包括床身、工作臺、機電控制系統(tǒng)等,激光加工技術(shù)的應(yīng)用,范圍：打孔，切割，焊接，動平衡去重，電阻微調(diào)，表面處理和改性等參數(shù)：功率密度，輻射延續(xù)時間，通過調(diào)節(jié)實現(xiàn)不同工藝規(guī)范，進行各種加工激光打孔：應(yīng)用：火箭發(fā)動機和柴油機噴嘴、飛機機翼、航空發(fā)動機燃燒室、渦輪葉片、化學(xué)纖維噴絲板、寶石軸承、印刷電路板、過濾器、金剛石拉絲模、硬質(zhì)合金、不銹鋼、集成電路陶瓷襯托及手術(shù)針小孔等,激光加工技術(shù)的應(yīng)用,特點：1）精度高，深徑比大；2）微小孔加工；3）異型孔加工；4）所有材料打孔；5）易于自動化。打孔方式：單脈沖打孔，多脈沖打孔提高打孔精度的措施：投影法：在激光輸出時用光柵將功率不足部分切去；光柱法：用光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦成光柱；激光脈沖的調(diào)制：超聲波調(diào)制：調(diào)制為按一定規(guī)則排列的尖峰脈沖，增加了打孔深度改善粗糙度，提高效率；噴氣加工：采用吹氣裝置，排除廢屑，改善加工精度。,激光加工技術(shù)的應(yīng)用切割,包括脈沖激光切割和連續(xù)激光切割，脈沖激光適于金屬，連續(xù)激光適于非金屬；精密加工用脈沖激光器；同軸吹氣提高切割速度和質(zhì)量特點：1）可切任何材料；2）精度高；3）非接觸切割；4）切割速度高；5）深寬比大；6）切口質(zhì)量好；7）可與計算機數(shù)控技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)自動化切割；,激光加工技術(shù)的應(yīng)用切割,應(yīng)用：航空航天工業(yè)：鈦合金、鋁合金、鎳合金、不銹鋼、復(fù)合材料、塑料、陶瓷、石英等；電子微電子制造：印刷電路板中表面安裝用模板，半導(dǎo)體劃片；化學(xué)纖維噴絲頭型孔加工等。,激光加工技術(shù)的應(yīng)用打孔、切割,切割打孔機及樣品,切割機,切割打孔機,激光加工技術(shù)的應(yīng)用焊接,分為脈沖激光焊接和連續(xù)激光焊接，脈沖輸出的紅寶石激光器和釹玻璃激光器適于點焊，連續(xù)輸出的CO2激光器和YAG激光器適于縫焊，氬離子激光器用于集成電路引線焊接。優(yōu)點：1）焊接迅速；2）具有熔化凈化效應(yīng)；3）能量密度高；4）可透過透明體焊接；5）光束偏轉(zhuǎn)容易；,激光加工技術(shù)的應(yīng)用焊接,應(yīng)用：航空航天工業(yè)：渦輪發(fā)動機葉片、火箭殼體加強筋、導(dǎo)彈發(fā)射架、儀器殼體、壓力容器、航天繼電器等；汽車工業(yè)：齒輪箱、底盤、車輪鋼圈等；在電子微電子工業(yè)：儀表殼體、顯像管、微電機齒輪軸、微型接插件、測量儀器彈簧、軍用鋰電池、微型雷管和熱敏元件、導(dǎo)線連接、儀表游絲、集成電路金屬引線等；,激光加工技術(shù)的應(yīng)用焊接,激光點焊機,激光燒焊機,激光燒焊樣品,激光加工技術(shù)的應(yīng)用熱處理,定義：利用大功率連續(xù)波激光器對材料表面進行激光掃描，使金屬表層相變或熔化。然后以極高的冷卻速度使表面硬化，提高耐磨性耐蝕性和疲勞強度。采用激光器： CO2激光器， YAG激光器,激光加工技術(shù)的應(yīng)用熱處理,方式：激光相變硬化，激光表面合金化，激光沖去硬化和激光非晶化等激光淬火：103-105W/cm2，時間0.01min，升溫速度105-106/s，冷卻速度：104 /s；變形小，熱應(yīng)力?。槐砻婧辖鸹涸诟吣芰棵芏燃す馐丈湎?，熔化合金元素，改變表層成分，形成合金化層提高耐磨耐蝕抗氧化性能，達到局部改性目的。104-106W/cm2，消耗少，速度快，變形小，效率高,激光加工技術(shù)的應(yīng)用熱處理,激光加工技術(shù)的應(yīng)用激光微調(diào),用于調(diào)整電路中某些參數(shù)，以保證電路的技術(shù)指標(biāo)。主要是電阻微調(diào)。薄膜電阻和厚膜電阻：薄膜電阻厚度幾十納米至幾微米，用鉭或鎳鉻合金制造；厚膜電阻厚度幾微米至幾十微米，用鈀、釕、氧化鉈制造，阻值偏差：5%-25%，要求1%,激光加工技術(shù)的應(yīng)用激光微調(diào),傳統(tǒng)方法是機械磨蝕(厚膜)和電火花蝕除(薄膜)，精度和效率低兩種激光微調(diào)方法：1）無損傷照射：結(jié)構(gòu)變化改變阻值；2）高能量照射：使部分電阻膜氣化去除，減少截面增加阻值；速度快，效率高，無污染，易于動態(tài)測量和自動化,激光加工技術(shù)的應(yīng)用激光微調(diào),激光調(diào)阻機,激光調(diào)阻樣品,激光加工技術(shù)的應(yīng)用軍用激光武器,軍用激光器,激光測量,激光核聚變裝置,“國家點火裝置”將匯聚其所有192束激光束同時射向一個氫燃料目標(biāo)之上。“國家點火裝置”呈球形(如圖所示)，直徑約為10米，重約130噸,把豌豆大小的氫燃料球壓縮成一個直徑只有人類頭發(fā)絲截面直徑大小的小點，它還能夠?qū)⑵浼訜岬酱蠹s300萬攝氏度的高溫。,激光加工技術(shù)的應(yīng)用其它,激光劃片機及其產(chǎn)品案例,激光剝線機及其案例,激光加工技術(shù)的應(yīng)用其它,IC激光打標(biāo),模具激光打標(biāo),金屬激光打標(biāo),塑膠激光打標(biāo),陶瓷激光打標(biāo),鉆頭激光打標(biāo),激光打標(biāo)機,3.3 電子束加工技術(shù),原理及特點：原理：電子束加工是在真空條件下，利用電子槍中產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后形成的能量密度極高的電子束流，以極高的速度轟擊到被加工部位極小的面積上，在極短的時間內(nèi)，其能量大部分轉(zhuǎn)換為熱能，引起材料局部熔化或氣化，或利用能量密度較低的電子束轟擊高分子材料，使它的分子鏈切斷或重新聚合使高分子材料的化學(xué)性能和分子量發(fā)生變化，達到加工的目的。,3.3 電子束加工技術(shù),特點：1）是微細加工方法，能加工微孔、窄縫、半導(dǎo)體集成電路等；2）加工范圍廣；3）加工精度好，表面質(zhì)量好；4）生產(chǎn)率高；5）便于采用計算機控制，實現(xiàn)自動化加工；6）在真空中加工，污染少，不易氧化；7）需專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價格貴，成本高,電子束加工裝置,包括電子槍、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及測試儀表和輔助裝置等。電子槍系統(tǒng)：包括電子發(fā)射陰極，控制柵極和加速陽極等，發(fā)射陰極由純鎢或純鉭制成，控制柵極為中間有孔的圓筒，控制電子束強弱和預(yù)聚焦作用，加速陽極使電子加速。真空系統(tǒng)：保證電子束不與氣體分子碰撞，保證高速運動，保證發(fā)射陰極不至于高溫氧化，也避免加工表面氧化；加工時產(chǎn)生的金屬蒸汽影響電子發(fā)射需抽出；一般由機械旋轉(zhuǎn)泵和油擴散泵或渦輪分子泵兩級組成；,電子束加工裝置,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，工作臺位移控制等；利用高壓靜電場和”電磁透鏡“聚焦；位置控制是改變電子束方向，控制焦點位置，常用磁偏轉(zhuǎn)方法使電子束按預(yù)定軌跡運動；強度控制用改變陰極負高壓來實現(xiàn)；工作臺位移是用伺服電機控制電源系統(tǒng)：電子束聚焦強度與電壓波動關(guān)系密切，需要穩(wěn)壓設(shè)備。,電子束加工應(yīng)用,分兩類：熱型：局部加熱至熔化或氣化，非熱型：利用電子束化學(xué)效應(yīng)進行刻蝕，參數(shù)：能量密度和能量注入時間，調(diào)整兩者實現(xiàn)不同的加工目的；高速打孔：106-109W/cm2，0.003mm，深徑比1001，斜度1-2，幾千-幾萬個/秒；例如：噴氣發(fā)動機套上的冷卻孔，機翼吸附屏上的孔，玻璃纖維噴絲頭、人造革塑料上的大量微孔，玻璃、陶瓷、寶石等脆性材料打孔。,電子束加工型孔及特殊表面、焊接、刻蝕,切割復(fù)雜型面：切口寬3-6微米，粗糙度0.5微米噴絲頭及噴絲板上的型孔，離心過濾機、造紙化工設(shè)備中鋼板上錐孔，燃燒室混氣板及某些透平機葉片上的斜孔，彎孔及立體曲面等。電子束焊接：難熔金屬焊接：鉭鈮鉬，活潑金屬焊接：鈦鎬鈾等，薄的厚的以及異種金屬焊接，在火箭及核反應(yīng)堆、半導(dǎo)體、電氣技術(shù)領(lǐng)域等應(yīng)用廣電子束刻蝕：微電子器件：陶瓷半導(dǎo)體材料刻出許多微細溝槽和小孔；在混合電路電阻金屬鍍層時刻出40微米寬線；用于制版；,電子束光刻,定義：用低功率密度的電子束，入射電子與高分子材料碰撞，導(dǎo)致分子鏈切斷或重新聚合，使化學(xué)性質(zhì)和分子量變化，這種現(xiàn)象叫電子束曝光。利用電子束曝光進行加工的方法叫電子束光刻電子束曝光分為電子束掃描曝光和電子束投影曝光。電子束掃描曝光：圖3-10，利用圖形發(fā)生器將聚焦在1m以內(nèi)的電子束在0.5-5mm的范圍內(nèi)按程序掃描，在光致抗蝕劑上寫圖，主要用于掩膜或基片的圖形制作。常用光致抗蝕劑有甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；電子束投影曝光：圖3-11，是利用電子束作為光源，先通過原版，再以1/10-1/5的比例縮小投影到光致抗蝕劑上進行圖形的曝光。圖形精度高，速度快生產(chǎn)率高，成本低，可在基片或掩膜上復(fù)印。,SEM+NPGS 典型成果圖例,SEM+NPGS 系統(tǒng)組成,3.4 離子束加工技術(shù),離子束加工原理分類特點：原理：與電子束加工類似，不同的是離子帶正電荷，質(zhì)量比電子大數(shù)千數(shù)萬倍，它是靠微觀的機械撞擊能量來加工工件的。分類：離子束加工的物理基礎(chǔ)是離子束射到材料表面時所發(fā)生的撞擊效應(yīng)，濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)；離子束加工按所利用的物理效應(yīng)和達到目的的不同可分為四類：利用離子撞擊效應(yīng)，濺射效應(yīng)的離子刻蝕、離子濺射沉積、離子鍍以及利用注入效應(yīng)的離子注入。,3.4 離子束加工技術(shù),特點：1）精度高，納米級的刻蝕、亞微米級的鍍膜、精密可控的注入深度；2）污染少，抗氧化；3）適用材料范圍廣；4）加工應(yīng)力熱變形極小，表面質(zhì)量好；5）易于實現(xiàn)自動化；6）加工設(shè)備成本高、費用高、效率低，應(yīng)用受限,離子束加工裝置,與電子束加工裝置類似，包括離子源、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電源等。離子源：圖3-12，利用原子電離產(chǎn)生離子束流；把要電離的氣態(tài)原子注入電離室，經(jīng)高頻放電、電弧放電、等離子體放電或電子轟擊，使氣態(tài)原子電離為等離子體。常用考夫曼型離子源和雙等離子管型離子源。,離子束加工的應(yīng)用,離子刻蝕加工：圖3-13，是通過撞擊從工件去除材料的過程；入射離子動能傳遞到靶原子，傳遞能量超過原子間鍵合力時，靶原子就從工件表面濺射出來，達到刻蝕的目的。為避免入射離子與工件發(fā)生反應(yīng)，應(yīng)使用惰性元素的離子。通常用氬離子。參數(shù)：入射能量，束流大小，離子入射角度，工作室氣壓等，根據(jù)不同需要選擇參數(shù)；300-500eV，=40-60刻蝕率最高。,特點：1）有極高的分辨率，0.1m；2）極高的加工精度，5nm以下；3）可加工任何材料；4）污染少，無應(yīng)力，可消除其它方法產(chǎn)生的加工應(yīng)力。,離子束加工的應(yīng)用,離子鍍覆定義：將一定能量的離子束轟擊靶材，將靶材粒子擊出，使其鍍覆在靶材附近的工件表面。原理：圖3-14特點：離子鍍的膜層附著力強，組織致密，可鍍材料廣泛：金屬、非金屬、合金、化合物、半導(dǎo)體、高熔點材料、合成材料應(yīng)用：耐磨鍍層、抗腐蝕鍍層、耐熱鍍層、潤滑鍍層、裝飾鍍層等,離子束加工的應(yīng)用,離子注入用離子轟擊工件表面，使離子鉆入表面內(nèi)，以改變表面層性能的方法。優(yōu)點：1）注入元素數(shù)量及深度可控；2）注入元素的選配不受限制；3）數(shù)量不受溶解度限制；4）注入表面元素均勻性好、純度高，不受溫度限制；5）設(shè)備貴成本高，生產(chǎn)率低，要求較高的安全性，可靠性。,應(yīng)用：1）注入金屬表面的元素種類數(shù)量不受合金系統(tǒng)平衡相圖中固溶度限制，可獲得一般冶金工藝無法得到的表面合金；2）半導(dǎo)體滲雜：在單晶硅中形成不同導(dǎo)電型的P型或N型和制造PN節(jié)。,單晶圓離子注入設(shè)備,離子束加工的應(yīng)用,3.5 復(fù)合加工技術(shù),定義：以常規(guī)機械加工為主，輔助其它加工方法，應(yīng)用機械、化學(xué)、光學(xué)、電力、磁力、流體力學(xué)、聲波等多種能量進行綜合加工。復(fù)合方式：機械-超聲、機械-激光、機械-磁力、機械-化學(xué)、機械-超聲-電火花、機械-電化學(xué)-電火花等復(fù)合加工方法：在線電解修整磨削、電火花修整磨削、超聲切削、超聲磨料加工、激光輔助切削和磨削、磁力研磨、機械化學(xué)研磨和拋光、超聲電火花磨削、電解電火花磨削等,3.5.1 機械復(fù)合加工,在線電解修整磨削,在線電解修整磨削(Electrolytic In-process Dressing, ELID)：日本理化所，大森正博士意義：解決了細粒度砂輪修整的難題，為其工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造了條件。原理：圖3-15，由電源、砂輪、電解液、電極組成；應(yīng)用：幾乎適合所有工件材料，表面粗糙度大納米級；生產(chǎn)率遠超過拋光加工，在許多場合取代了拋光工序。,在線電解修整磨削,ELID組成砂輪金屬結(jié)合劑：鐵基，鑄鐵纖維，銅基；金屬樹脂結(jié)合劑無磨粒鑄鐵基砂輪 樹脂結(jié)合劑陶瓷結(jié)合劑：樹脂-稻糠（Rice Bran）結(jié)合劑 橡膠結(jié)合劑：導(dǎo)電橡膠類金剛石(DLC)薄膜導(dǎo)電砂輪,在線電解修整磨削,ELID組成ELID磨削液 冷卻、潤滑、清洗、防銹、電解鈍化脆性材料磨削液塑性材料磨削液青銅結(jié)合劑金剛石砂輪專用磨削液綠色、環(huán)保、可回收重復(fù)利用的ELID磨削液最小磨削液流量ELID磨削（半干式：MQL）,在線電解修整磨削,ELID組成ELID磨削電極參數(shù)：電極形狀，面積，材料導(dǎo)電性圓弧電極砂輪表面控制修整電極噴射電極箔電極ELID磨削系統(tǒng)內(nèi)孔磨削電極：筒形修整電極成形磨削電極拆卸移動電極無電極ELID磨削系統(tǒng)外置電解電極,在線電解修整磨削,在線電解修整磨削,在線電解修整磨削,在線電解修整磨削,在線電解修整磨削,ELID組成ELID電源直流電源：粗加工脈沖電源：精加工高度集成，大功率電源,在線電解修整磨削,ELID組成ELID應(yīng)用金屬硬脆材料，硬質(zhì)合金非金屬硬脆材料，陶瓷；塑性材料，鈦合金；生物材料，納米人工骨；光學(xué)分光鏡，太空望遠鏡,在線電解修整磨削,在線電解修整磨削,納米陶瓷,光學(xué)玻璃,GCr15,納米硬質(zhì)合金,普通硬質(zhì)合金,在線電解修整磨削,SiC with 360mm in diameter.,Astro-F has the primary mirror with 710mm in diameter cooled down to 6K,SPICA has the primary mirror with 3.5m in diameter cooled down to 4.5K,在固結(jié)磨料研磨拋光領(lǐng)域的應(yīng)用,ELID單面研磨拋光機,ELID雙面研磨拋光機,ELID磨削技術(shù)在珩磨領(lǐng)域的應(yīng)用,ELID磨削技術(shù)在精密切割領(lǐng)域的應(yīng)用,ELID磨削技術(shù)在微小機械加工領(lǐng)域的應(yīng)用,超聲切削磨削研磨拋光,定義：在普通機械加工中引入超聲振動形成的復(fù)合加工方法。超聲振動切削是通過把超聲振動引入車、鉆、锪、鉸、攻絲、切斷等加工過程中，給刀具(工件)以適當(dāng)方向、一定頻率和振幅的振動，以加速切削過程和改善切削效能的方法。分類：以斷屑為目的，在進刀方向施加低頻大振幅的振動；以改善加工精度和表面粗糙度、提高效率、擴大切削加工范圍為目的，主要為高頻小振幅振動。優(yōu)點：降低摩擦，提高塑性；減小切屑變形，降低切削溫度、切削力、切削功率；消除減輕自激振動；提高加工精度，降低表面粗糙度，改善表面質(zhì)量；延長刀具壽命，提高效率；擴大切削加工范圍：耐熱合金、不銹鋼、鈦合金、陶瓷、玻璃等高強度高硬度材料的切削成為可能。也可加工細長軸、小徑細孔、薄壁、薄盤零件、精密螺紋等,超聲切削磨削研磨拋光,超聲磨削：圖3-17，在磨削時利用砂輪的強迫振動進行磨削的工藝方法有扭轉(zhuǎn)振動和縱向振動，一般將振動施與砂輪上，使沿軸向做高頻振動；優(yōu)點：磨削力小，磨削溫度低，砂輪不易堵塞等振動鉆削：鉆孔時通過振動裝置使鉆頭與工件產(chǎn)生可控的相對運動。振動方式：軸向振動、扭轉(zhuǎn)振動、復(fù)合振動激勵方式：超聲波振動、機械振動、液壓振動、電磁振動；超聲波振動為高頻振動，其它為低頻振動。優(yōu)點：參數(shù)合理匹配，明顯提高鉆孔精度、圓度、表面質(zhì)量、減少出口毛刺，降低切削力及切削溫度，延長鉆頭壽命。由于具有優(yōu)良機械物理性能的新材料不斷出現(xiàn)，加工普遍困難，變參數(shù)振動切削工藝提供了較好的解決方案。,加熱切削,定義：在機械加工中引入熱能的復(fù)合加工方法。圖3-18，用熱源加熱待加工區(qū)，改善切削加工性，使難加工材料的加工順利進行。優(yōu)點：減小切削力，提高切削速度，減少刀具磨損，降低表面粗糙度，提高表面質(zhì)量。熱源種類：一般熱源：通電加熱、焊炬加熱、整體加熱、火焰和感應(yīng)局部加熱、及導(dǎo)電加熱；缺點：加熱區(qū)大，熱效率低，溫控困難，加工質(zhì)量難以保證；其它熱源：等離子弧熱源和激光束熱源。加熱方式選擇：毛坯加工：整體加熱；粗加工：等離子弧加熱，半精加工及精加工：導(dǎo)電加熱和激光加熱。,加熱切削,等離子弧加熱：定義：用等離子弧噴槍中的鎢作陰極，工件做陽極，通電后感應(yīng)區(qū)形成高溫等離子弧，對工件進行局部加熱。優(yōu)點：功率密度大，溫度高，升溫快，加熱區(qū)域小，電流、噴嘴直徑、氣體流量易于調(diào)整，缺點：加熱效果難控制，加工條件惡劣，需防護裝置激光加熱：定義：以激光束作為熱源，對工件局部加熱優(yōu)點：熱量集中，升溫迅速；熱量逐漸滲透，刀具與工件交界面熱量較低；激光束焦點位置形狀大小可調(diào)，便于局部加熱。缺點：激光器價格貴，能量轉(zhuǎn)化率低，經(jīng)濟性差。導(dǎo)電加熱切削(electric hot machining, EHM)：定義：利用刀具和工件構(gòu)成回路，通以低壓大電流，切削區(qū)因焦耳熱軟化，使切削變得順利進行。優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作安全；降低切削力；改善加工性；消除積屑瘤和鱗刺，使切屑連續(xù)，降低表面粗糙度；熱影響區(qū)小，時間短效率高；刀具耐用度高；實現(xiàn)以車代磨；缺點：不適合斷續(xù)切削；不適合自動化生產(chǎn)線。,磁力研磨,定義：磁性磨料在磁場中形成磁性刷子，對工件表面進行精加工的方法。原理：圖3-19，研磨方式：切削，磁場力切削力；滑動，滾動，磁場力切削力；特點：改變磁場強度可方便的調(diào)節(jié)研磨壓力和磁性磨料保持力，磁性磨料的自動供給排出回收可控；能研磨復(fù)雜曲面及多面研磨；去毛刺和表面精加工；自銳性好，磨削能力強效率高；能改善形狀精度；表面粗糙度能達到或超過拋光；溫升小變形??；機床改造簡單；磨粒無飛散，工作環(huán)境好應(yīng)用：光整加工，棱邊倒角，去毛刺；外圓表面，平面，內(nèi)表面，復(fù)雜曲面；如：液壓元件精密耦合件去毛刺倒角，模具三維曲面拋光，容器、管道內(nèi)表面拋光,超聲電火花磨削,是超聲加工和電火花加工同時作用于磨削過程的復(fù)合加工方法。原理：圖3-20，優(yōu)點：磨削力?。簧拜嗕h利度好；適于磨削導(dǎo)電陶瓷材料和超硬材料；僅能加工導(dǎo)電材料,電解電火花機械磨削,機械磨削(mechanical grinding)+電解(electrolysis)+電火花(electrical discharge)+復(fù)合(combined)=MEEC組成：導(dǎo)電砂輪，輻射狀銅電極+樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪，整體導(dǎo)電砂輪；復(fù)合電源，既是電火花加工電源又是電解加工電源；專用磨削液，滿足電解要求及電火花加工要求，還應(yīng)有冷卻液功能；進給控制及主軸絕緣系統(tǒng)原理：圖3-21電解作用電火花放電加工工件及修整砂輪高溫軟化工件作用機械磨削作用改進的MEEC復(fù)合加工系統(tǒng)：圖3-22，MEEC+ELID，利用ELID技術(shù)修整砂輪，保持砂輪鋒利度,3.5.2 電化學(xué)復(fù)合加工,以電化學(xué)加工為主，輔助其它加工方法，應(yīng)用機械、電力、磁力、流體力學(xué)、聲波等多種能量進行綜合加工。復(fù)合方式：電化學(xué)-機械、電化學(xué)-電火花、電化學(xué)-電弧、電化學(xué)-超聲、電化學(xué)-磁力、電化學(xué)-機械超聲等復(fù)合加工工藝：電解鉆孔、電解銑削、電解珩磨、電解磨削、電解研磨拋光、電解電火花加工、電解電弧加工、電解超聲加工、場致電化學(xué)加工、電解超聲磨削等,電解磨削、電解珩磨、電解研磨,靠陽極金屬的電化學(xué)腐蝕作用和機械磨削作用相結(jié)合進行加工的，比電解加工有更好的加工精度和表面質(zhì)量，比機械磨削有更高的生產(chǎn)率。原理：圖3-23，砂輪接陰極，工件接陽極，由于電解作用工件表面形成氧化膜，并不斷的被砂輪刮除，電解與刮除往復(fù)進行，最終得到一定的尺寸精度和表面粗糙度；特點：加工范圍廣效率高；磨削力、磨削熱、消耗功率小，不會產(chǎn)生燒傷裂紋和毛刺，比電解加工更高的精度和表面質(zhì)量；砂輪磨損小，成本低；需增加輔助設(shè)備：電源，電解液循環(huán)系統(tǒng)，吸霧裝置等應(yīng)用：磨削內(nèi)圓、外圓、平面、成形表面；高硬度材料；易產(chǎn)生加工硬化及熱敏感材料電解珩磨：圖3-25，與電解磨削相似，用于小孔、深孔及薄壁套筒精密加工電解研磨：圖3-26，與電解磨削相似，采用鈍化型電解液，形成鈍化膜，分為固定磨料加工和游離磨料加工；,電解電火花加工,是利用電化學(xué)腐蝕作用和電火花蝕除作用同時進行的加工方法。原理：圖3-27，電極對接低壓直流電源，實現(xiàn)電解加工，同時脈沖發(fā)生器提供脈沖電壓，保證電火花作用。有電化學(xué)溶解和火花放電綜合作用機制。應(yīng)用：導(dǎo)電非導(dǎo)電材料優(yōu)點：合理選擇工藝參數(shù)：加工導(dǎo)電材料效率高，質(zhì)量好，損耗小，精度好；缺點：氣體相形成速度慢，加工非導(dǎo)電材料，效率低，能耗大氣體電解電火花加工：利用高速旋轉(zhuǎn)齒電極的氣流吸附及渦流作用或采用可充氣的方法，形成電解液中火花放電所需的非導(dǎo)電相。優(yōu)點：解決了氣體相形成緩慢的缺點，可高效加工非導(dǎo)電硬脆材料。特點：氣體相形成快，擊穿放電延時10-6-10-5s；減少電解能，增強火花放電蝕除作用，提高效率；可高效加工非導(dǎo)電硬脆材料；軟電極加工高硬高強度高耐磨的非導(dǎo)電材料；異形腔和復(fù)雜形狀加工；硬脆材料不易破碎，成品率高，粗糙度低；電極損耗小,電解超聲加工,電化學(xué)陽極溶解和超聲振動磨粒的機械作用結(jié)合起來的復(fù)合加工方法。原理：圖3-28，工件接正極，工具接負極，電解液中加入一定比例微小磨粒形成懸浮液，被加工表面產(chǎn)生陽極溶解，并被超聲振動工具和磨粒刮除，超聲空化作用加速了鈍化膜的破壞和含磨粒電解液的更新，促進了陽極溶解的進行，大大提高了加工速度和質(zhì)量。電解超聲磨削：圖3-29，在電解磨削基礎(chǔ)上，引入超聲振動，以超聲振動工具破壞電解氧化膜，同時空化作用加速了鈍化膜的破壞和電解液的循環(huán)，促進了陽極溶解，大大提高了加工速度和質(zhì)量。,電火花復(fù)合加工,以電火花蝕除為主，結(jié)合不同的機械運動方式或結(jié)合超聲等作用形成的加工方法。電火花磨削電火花平面磨削，電火花內(nèi)圓磨削，電火花成型磨削和電火花小孔磨削等。應(yīng)用：硬質(zhì)合金，高溫難加工材料，雙金屬復(fù)合材料等的加工。電火花超聲加工綜合利用電火花加工和超聲波加工的優(yōu)點而進行的復(fù)合加工。原理：圖3.31優(yōu)點：強化加工過程，促使電腐蝕產(chǎn)物的排除，使間隙穩(wěn)定；空蝕現(xiàn)象進一步強化加工過程；超聲振動有效的提高放電脈沖利用率。應(yīng)用：硬質(zhì)合金，聚晶金剛石，導(dǎo)電陶瓷。小孔，深孔，窄縫，異型孔,直流電源,超聲復(fù)合加工,以超聲加工為主，輔助其它方法，應(yīng)用機械、電力、磁力、流體力學(xué)等多種能量進行的綜合加工，可提高效率，減小磨損。超聲旋轉(zhuǎn)加工：以超聲作用為主，結(jié)合不同的機械運動方式和不同的機械切削作用形成的復(fù)合加工方法。分類：采用離散磨料和固結(jié)