1、A,1,微孔結(jié)構(gòu)的加工,制造二班 陳祥,A,2,目錄,1.微孔結(jié)構(gòu)的定義 2.微孔結(jié)構(gòu)的加工方法 3.微孔器件加工工藝實(shí)例 渦輪葉片 噴絲板 飛秒激光微孔加工,A,3,根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)(IUPAC)的定義，孔徑小于2納米的稱為微孔。通常形容一些催化劑的孔徑。 微細(xì)加工， 據(jù)認(rèn)為凡是工件上擁有狹縫寬度或直徑 0.1mm的型孔、溝槽、型腔等方面的加工皆稱作微細(xì)加工。就孔徑而言，由于行業(yè)與加工對(duì)象不同，微孔的概念也不盡相同。,微孔的定義,1.,A,4,微孔結(jié)構(gòu)的加工方法,微孔加工比較難，尤其是加工直徑在1mm以下的微孔加工，其難度就是非常的大。但是有好多機(jī)械產(chǎn)品上都有這種微孔結(jié)構(gòu)。比如油泵

2、、油嘴，水刀、模具，等等，都會(huì)用到微孔加工。 微孔器件的加工方法有:鉆孔、磨孔、電火花打孔、激光打孔、超聲波打孔等。,2.,A,5,渦輪葉片 渦輪葉片打孔的主流方法是高速電火花加工。 電火花加工是基于正負(fù)電極間脈沖放電時(shí)電腐蝕現(xiàn)象對(duì)材料進(jìn)行加工的特種加工技術(shù)。 它與其他加工技術(shù)相比有以下特點(diǎn): 可加工任何導(dǎo)電材料，不受工件材料硬度的限制、可在斜面上加工出不同形狀的微孔、加工過程中無切削力。而電火花微細(xì)加工中，由于排屑困難，電極相對(duì)損耗較大，而微細(xì)電極的制備又十分困難，使得其加工效率低，加工精度一致性差。,電極成型方法：1.塊狀電極成型法2.反拷電極法3.線電極磨削法 （WEDG）,微孔器件加工

3、工藝實(shí)例,3.,A,6,WEDG的加工原理如圖 1 所示。加工過程中 ,線電極沿導(dǎo)向器槽緩慢連續(xù)移動(dòng) ,移動(dòng)速度一般為5 -10 mm/ min。金屬絲的單向移動(dòng) ,使得在加工過程中 , 不必考慮工具電極損耗所帶來的一系列影響，導(dǎo)向器沿微細(xì)軸的徑向作微進(jìn)給 ,而工件隨主軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)作軸向進(jìn)給。通過控制微細(xì)軸的旋轉(zhuǎn)與分度及導(dǎo)向器的位置 ,可以加工出不同形狀的電極。,圖1 線電極磨削原理圖,WEDG技術(shù)的工作原理,A,7,電極與孔同時(shí)成型法的原理如圖 2 所示,當(dāng)電極為正極(+) ,工件為負(fù)極(-) ,使電極旋轉(zhuǎn)比通常高數(shù)十倍的電極進(jìn)給速度進(jìn)行微細(xì)電火花加工時(shí),電極的外周比中心部分能產(chǎn)生更多的損耗

4、電極,端部在數(shù)分鐘內(nèi)直徑便可成型到數(shù)十微米,長度達(dá)到數(shù)百微米,如圖所示隨著電極成型的同時(shí)，同樣形狀的穿孔加工結(jié)束，以往需要多道工序的錐孔加工僅用一道工序即可加式完畢，可以認(rèn)為這是一種低成本高效率的新型電火花加工方法。,微細(xì)電極與微孔同時(shí)成型的電火花加工法,圖2 電極與孔同時(shí)微細(xì)電火花加工,A,8,噴絲板,噴絲板是紡絲機(jī)不可缺少的精密零件,其功用是將精確計(jì)量過的紡絲熔體通過噴絲板上的微孔噴擠出具有一定粗細(xì)和質(zhì)地細(xì)密的纖維束。噴絲板上的微細(xì)孔孔道作為 新合成纖維的母體,它們的加工質(zhì)量是保證纖維成品質(zhì)量和良好紡絲工藝的重要條件,所以,噴絲板上噴絲孔加工的精度要求極高,也是至關(guān)重要的。 在對(duì)噴絲板進(jìn)行

5、微孔鉆削加工時(shí),噴絲板的微孔內(nèi)表面會(huì)留下毛刺,進(jìn)而會(huì)影響到絲條的質(zhì)量和正常生產(chǎn)。 由于磨料流加工技術(shù)具有對(duì)零件隱蔽部位的孔及型腔研磨拋光、倒圓角的作用,因而在噴絲板微孔的加工中,特別對(duì)于長徑比大的微孔能起到很好的加工效果,具有其它加工方法無法比擬的優(yōu)越性。,A,9,磨料流加工原理,磨料流加工技術(shù)主要是依靠在一定的壓力下流動(dòng)的粘彈性流體介質(zhì)及其攜帶的磨粒反復(fù)沖刷工件表面來達(dá)到對(duì)工件拋光的目的;因?yàn)楫?dāng)硬質(zhì)磨粒直接接觸加工表面時(shí),產(chǎn)生了微量的去除作用。,1-活塞；2-上料缸；3-磨料；4-工件；5-夾具；6-下料缸。,A,10,磨料流加工技術(shù)在對(duì)噴絲板微孔的加工中具有以下兩方面的優(yōu)勢(shì): 噴絲板微孔的

6、加工、特別是對(duì)于長徑比較大的深孔,是孔加工中較難進(jìn)行的,由于尺寸上所受的限制,傳統(tǒng)的加工手段較難以勝任,而磨料流加工中的刀具-流體磨料具有隨機(jī)流動(dòng)性, 到達(dá)區(qū)域能夠不受限制。另外,用一般的拋光工藝進(jìn)行加工時(shí)所采用的磨料,會(huì)在孔口處產(chǎn)生喇叭口形狀的加工誤差。而磨料流加工技術(shù)所采用的粘彈性磨料由于其具有入口收斂作用,即當(dāng)粘彈性磨料流體從大截面流道進(jìn)入工件孔道時(shí),會(huì)由于流體的粘彈特性和流道截面的突然收縮,以及自身的粘彈力學(xué)特性,而在工件孔道流動(dòng)中產(chǎn)生相應(yīng)的彈性應(yīng)變能的貯存及其粘性耗散,出現(xiàn)明顯的入口壓力下降,從而能夠較好地解決微孔拋光加工中易出現(xiàn)喇叭口的加工工藝問題。,A,11,飛秒激光微孔加工,飛

7、秒激光:是一種以飛秒為周期來計(jì)算的超強(qiáng)超短脈沖激光。（1飛秒= 秒 ） 相比于傳統(tǒng)方法，飛秒激光微孔加工具有材料適應(yīng)性廣、非接觸、無污染、高精度、高效率等優(yōu)點(diǎn)，尤其是針對(duì)以下的微孔，飛秒激光是最理想的加工手段之一。,A,12,飛秒激光微孔的作用機(jī)理,初始階段，加工所形成的等離子體均勻分布，形成均勻的微孔。而隨著加工的進(jìn)行，孔內(nèi)形成的等離子體充當(dāng)了飛秒激光向孔底傳播的媒介，使得飛秒激光能夠繼續(xù)對(duì)微孔進(jìn)行加工。最后，由于微孔深度增加后，孔內(nèi)的等離子體分布開始不均勻，并不能充滿微孔，且光絲狀等離子體不穩(wěn)定擾動(dòng)，阻礙了孔深的進(jìn)一步增加，微孔深度不再增加。然而，飛秒激光微孔的作用機(jī)理涉及材料、光學(xué)、物理

8、等多方面因素，是一個(gè)從飛秒到毫秒、從納米到微米的跨尺度的過程，當(dāng)前仍未出現(xiàn)較為完善的解釋。,A,13,激光加工方式,Dausinger 對(duì)飛秒激光金屬材料微孔加工工藝進(jìn)行研究，將激光與材料的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式分為4類，即單脈沖加工、叩擊式加工、環(huán)切加工和螺旋鉆孔。 單脈沖加工： 通過工藝保證一個(gè)脈沖和材料作用后，直接形成所需微孔。,圖 3(a)高速飛秒激光單脈沖打孔示意圖；(b)加工結(jié)果原子力顯微鏡圖,A,14,叩擊式加工：需要多個(gè)脈沖的連續(xù)作用使得微孔深度不斷增加，以達(dá)到所需深度,圖4 不同脈沖個(gè)數(shù)的激光(a)1；(b)5；(c)100,A,15,環(huán)切加工:飛秒激光加工熱影響區(qū)小、加工質(zhì)量高，將激

9、光線切割與微孔加工方面進(jìn)行結(jié)合。,圖5 (a)硅材料上環(huán)切微孔加工示意圖；(b)SEM圖 螺旋鉆孔:是在環(huán)切基礎(chǔ)上增加了深度方向的運(yùn)動(dòng)，適合加工直徑較大的深孔。,A,16,德馬吉公司,德馬吉（以下簡(jiǎn)稱DMG）在德國的Sauer工廠早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)開始對(duì)激光成形加工技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，并取得了卓有成效的研制成果。其研制成功的57軸激光加工中心得到了機(jī)械加工行業(yè)的認(rèn)可，并有幸被陳列在世界最大的綜合性博物館德意志博物館的機(jī)械館最醒目的位置上，以記載DMG對(duì)激光應(yīng)用技術(shù)所做出的杰出貢獻(xiàn)。 DMG的激光加工設(shè)備屬于激光精細(xì)加工類設(shè)備，加工工藝包括激光銑削、精細(xì)切割、焊接以及打孔等，但又不同于鈑金生產(chǎn)

10、用的大功率激光切割機(jī)，是以小尺寸零件的精密成形加工為主。,A,17,發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、燃燒室的冷卻孔加工一直以來都是一個(gè)加工難點(diǎn)，其冷卻孔數(shù)量多，孔徑小，并且全都分布在葉片的三維曲面輪廓上，非常難于裝夾和加工。 。,圖6 燃?xì)廨啓C(jī)葉片,圖7 氣輪機(jī)葉片,A,18,圖8 LASERTEC80PD,針對(duì)冷卻孔的加工，DMG公司主要提供LASERTEC50/80/130PD系列激光加工中心，用于不同規(guī)格尺寸的工件的加工，最大加工工件直徑可達(dá)1300mm。以LASERTEC80PD為例，該機(jī)床加工精度高，定位精度高(Pmax10m)，除了可進(jìn)行基本的X/Y/Z 三軸加工外，還可配置第4軸或第5軸，極大地增強(qiáng)了機(jī)床的加工柔性，實(shí)現(xiàn)了最高的動(dòng)態(tài)性能。,A,19,LASERTEC130PD 是一種專門針對(duì)航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)以及大型汽輪機(jī)行業(yè)開發(fā)的高精度產(chǎn)品，如圖11所示，適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)大型燃燒室部件的切割打孔，如圖12所示，可加工直徑達(dá)1300mm的燃燒室部件；以及渦輪葉片冷卻孔的加工，也可進(jìn)行激光焊接。根據(jù)不同的需要，可分別選用100W、300W、500W的Nd：YAG激光器，也可以選用CO2氣體激光器。借助于不同功率的激光器，LASERTEC130PD孔加工最 小直徑可達(dá)0.010mm，最大零件厚度可至20mm。,圖10 航天發(fā)動(dòng)機(jī)大型燃燒室,圖9 LASERTEC130PD,A,20,