特种加工技术2.ppt

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1、漳州职业技术学院项目二项目二 特种加工特种加工电解加工和电解磨削加工电解加工和电解磨削加工超声波加工超声波加工2.22.22.1 2.32.32.42.4激光加工激光加工特种加工概述特种加工概述2.52.5其它特种加工其它特种加工2.62.6电火花加工电火花加工漳州职业技术学院复习复习电火花加工技术电火花加工技术电化学加工技术电化学加工技术 超声波加工技术超声波加工技术漳州职业技术学院1.电火花加工电火花加工（Electrical Discharge Machining，EDM）。）。（1）电火花成形加工电火花成形加工的原理是基于的原理是基于工件工件与与工工具电极具电极（简称电极）之间（简称电

2、极）之间脉冲性火花放电脉冲性火花放电时的时的电腐蚀现象电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达来蚀除多余的金属，以达到零件的加工要求。到零件的加工要求。1、成型加工、成型加工2、打孔加工、打孔加工漳州职业技术学院 电火花形成机床电火花形成机床 DK7140型电火花加工机床漳州职业技术学院电火花线切割加工机床DK7740DK7740型电火花线切割加工机床 漳州职业技术学院线切割加工线切割加工漳州职业技术学院电解加工原理图电解加工原理图电解液电解液直流直流电源电源泵泵工件阳极工件阳极阴极进给阴极进给工具工具阴极阴极2.电解加工电解加工（electrochemical machining，ECM）一.工作原

3、理:利用金属在电解液中可以产生阳极溶解的电化学原理来进行加工的方式。是20世纪60年代发展起来的一项新工艺漳州职业技术学院 电解磨削电解磨削漳州职业技术学院 3 3 超声加工机械撞击+抛磨+空化作用 超声波加工是利用超声频超声波加工是利用超声频超声波加工是利用超声频超声波加工是利用超声频(16KHz(16KHz25KHz)25KHz)振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨料，由磨粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件料，由磨粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件料，由磨粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件料，由磨

4、粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件加工的一种方法。加工的一种方法。加工的一种方法。加工的一种方法。工作液工作液普通普通水，悬浮磨粒水，悬浮磨粒碳化硅、氧碳化硅、氧化铝、碳化硼化铝、碳化硼或金钢石粉。或金钢石粉。漳州职业技术学院 超声波机床漳州职业技术学院二十世纪四大发明二十世纪四大发明半导体；半导体；原子能；原子能；计算机；计算机；激光激光漳州职业技术学院4.激光加工技术激光加工技术1.激光产生的原理及种类2.激光的应用3.激光加工种类漳州职业技术学院1.激光产生原理及种类激光产生原理及种类1.1.1 激光产生原理激光是受激辐射的光放大，是利用物质受激辐射原理和光放大过程产生出来的一种特殊光。受

5、激辐射是指当处于高能级的原子，在外界因素的诱发下，跃迁回到低能级而发光的过程。漳州职业技术学院激光的产生激光的产生如图所示原子核原子核原子结构稳定稳定状態状態当外加能量为零当外加能量为零时，分子处于稳时，分子处于稳定状态。定状态。漳州职业技术学院物体热了以后电子就可以吸收足够的能量跃迁至更高的能级，待其再向低能级回落时会释放出相应的能量，这些能量以电磁波的形式发出，若恰好波长又在可见光的范围，这就是光漳州职业技术学院原子核原子核原子核原子核激激励励激激励状態励状態当原子获得高能量时当原子获得高能量时其结构处于其结构处于不不稳定稳定状態状態还原还原光不不稳定的原子放出激光后，稳定的原子放出激光后

6、，还原到原来的稳定状态还原到原来的稳定状态。放電激光的发生原理漳州职业技术学院光放大是指输入一个外来光子，而输出的是两个完全相同的光子，其中一个是外来光子，另一个是被外来光子诱发出来的光子。这样一个光子诱发一个原子产生受激辐射，得到了两个完全相同的光子，这两个光子再去诱发两个原子产生受激辐射得到完全相同的四个光子如此链锁地进行下去，完全相同的光子数目便会越来越多，即光被“放大”。漳州职业技术学院要有一个能使受激幅射和光放大过程持续的构造：要有一个能使受激幅射和光放大过程持续的构造：全反全反射镜射镜半反半反射镜射镜实物图实物图激光工作物质激光工作物质漳州职业技术学院激光工作物质激光工作物质全全反

7、反射射镜镜半半反反射射镜镜工作原理：工作原理：out光放大原理光放大原理漳州职业技术学院激光是通过入射光子影响处于亚稳态高能纺的激光是通过入射光子影响处于亚稳态高能纺的原子、离子或分子跃迁到低能态而完成受激辐原子、离子或分子跃迁到低能态而完成受激辐射时发出的光，简言之，激光就是受激辐射得射时发出的光，简言之，激光就是受激辐射得到的加强光。到的加强光。漳州职业技术学院 2.激光的产生 激光的形成过程如图所示。采用适当的激励方法激励激光工作物质，通过受激吸收使得高能级原子的数量大于低能级原子的数量，实现粒子数反转分布。在自发辐射产生的光子漳州职业技术学院 表1 激光与普通光的比较普通光源 激光光源

8、 亮度电灯：约470 Sb 太阳：约165105 Sb红宝石巨脉冲激光器，约3.71015Sb（输出功率1000MW/cm2)方向性无确定方向、发散角大、难会聚发散角可以小到0.1mrad（近似于平行光），光束会聚，其焦点处光斑为10m单色性氪灯光源的谱线宽一般为0.004 7A 激光的谱线宽一般小于10-7A相干性氪灯光源的相干长度为78cm激光的相干长度可达几十公里漳州职业技术学院1 1 1 1 激光器的组成和常见激光器激光器的组成和常见激光器激光器的组成和常见激光器激光器的组成和常见激光器常用激光器由三部分组成：常用激光器由三部分组成：工作物质工作物质 泵浦源泵浦源 光学谐振腔光学谐振腔

9、激光激光工作物质工作物质激励能源激励能源谐振腔谐振腔激光器结构示意图激光器结构示意图漳州职业技术学院按按输出方式分：输出方式分：脉冲输出脉冲输出连续输出连续输出半导体激光器半导体激光器按工作物质分按工作物质分：气体激光器气体激光器固体激光器固体激光器液体激光器液体激光器自由电子激光器自由电子激光器激光器的分类激光器的分类常见激光器常见激光器常见激光器常见激光器按激励方式分，有光激励、电激励、热激励、化学激励和核激励激光器等；漳州职业技术学院梅曼和第一只激光器梅曼和第一只激光器红宝石激光器漳州职业技术学院气体激光器气体激光器漳州职业技术学院 CO2激光器的工作原理示意图漳州职业技术学院固体激光器

10、固体激光器漳州职业技术学院液体激光器液体激光器漳州职业技术学院半导体激光器半导体激光器漳州职业技术学院漳州职业技术学院2 激光加工应用激光加工应用漳州职业技术学院 激光加工示意图漳州职业技术学院（3)3)激光的应用激光的应用漳州职业技术学院 4.1激光打孔激光打孔漳州职业技术学院激光打孔特点激光打孔特点1）可加工精度高、深径比大的微小孔可加工精度高、深径比大的微小孔2）能加工小至几微米的小孔能加工小至几微米的小孔5）容易实现自动化，加工效率高容易实现自动化，加工效率高3）可加工异型孔可加工异型孔4）能在所有金属和非金属材料上打孔能在所有金属和非金属材料上打孔漳州职业技术学院 激光打孔方法主要有

11、复制法和轮廓迂回法2 种。复制法是采用与被加工孔形状相同的光点进行复制打孔的，它是利用激光束放出的高温在工件上“烧”出孔来；轮廓迂回法实际上是切割成形，采用此法时被加工表面的形状由光束和被加工零件相对位移的轨迹决定。漳州职业技术学院 例如，钟表或仪表的宝石轴承，钻石拉丝模具，化学纤维的喷丝头以及火箭或柴油发动机中的燃料喷嘴等。这类加工任务，用常规的机械加工方法很困难，有的甚至是不可能的，而用激光打孔，则能比较好地完成任务。激光打孔的质量主要与激光器输出功率和照射时间、焦距与发散角、焦点位置、光斑内能量分布、照射次数及工件材料等因素有关。在实际加工中应合理选择这些工艺参数。漳州职业技术学院提高打

12、孔精度的措施提高打孔精度的措施1）投影法打孔投影法打孔2）光柱法打孔光柱法打孔3）激光脉冲的调制激光脉冲的调制4）喷气加工喷气加工漳州职业技术学院 激光打孔具有以下特点。（1）几乎能在所有的材料上打孔，特别在加工硬、脆、软和高强度等难加工材料上的微小孔、复合材料上的深小孔、与工件表面成各种角度（1590）的小孔以及薄壁零件上的微小孔等方面，更显出其优越性。（2）能加工小至几微米的小孔，而一般机械加工钻孔只能加工直径大于几十微米的孔。深径比可达80:1。漳州职业技术学院 （3）加工效率高，是电火花打孔的1215倍，是机械钻孔的200倍。（4）可加工各种异型孔。激光打孔主要用于小孔、窄缝的微细加工

13、。目前已应用于火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴、飞机机翼、航空发动机燃烧室、涡轮叶片、化学纤维喷丝板、宝石轴承、印刷电路板、过滤器、金刚石拉丝模、硬质合金、不锈钢等金属和非金属材料小孔的加工。另外，已成功地用于集成电路陶瓷衬套和手术针的小孔加工。漳州职业技术学院4.2激光切割激光切割漳州职业技术学院 二、激光切割 激光切割（如图所示）的原理与激光打孔相似，但工件与激光束要相对移动。在实际加工中，采用工作台数控技术，可以实现激光数控切割。CO2气体激光器切割钛合金示意图漳州职业技术学院激光切割特性激光切割特性1）能切割任何难加工的高熔点材料、耐高温和硬脆能切割任何难加工的高熔点材料、耐高温和硬脆材料

14、材料2）切割精度高切割精度高5）切割的深宽比高切割的深宽比高3）非接触切割非接触切割4）切割速度高切割速度高6）切割质量优良切割质量优良7）可与计算机数控技术结合，实现自动化加工可与计算机数控技术结合，实现自动化加工漳州职业技术学院 与传统切割方法相比，激光切割具有下列特性。（1）激光束聚焦后功率密度高，能够切割任何难加工的高熔点材料、耐高温材料和硬脆材料等。（2）割缝窄，一般为0.11mm，割缝质量好，切口边缘平滑，无塌边，无切割残渣。对轮廓复杂和小曲率半径等外形均能达到微米级精度的切割，并可以节省材料1530。漳州职业技术学院 （3）非接触切割，被切割工件不受机械作用力，变形极小。适宜于切

15、割玻璃、陶瓷和半导体等硬脆材料及蜂窝结构和薄板等刚性差的零件。（4）切割速度高，一般可达24m/min。（5）切割的深宽比大，对于金属可达30左右，对于非金属一般可达100以上。漳州职业技术学院激光切割样品有机玻璃有机玻璃不锈钢板不锈钢板不锈钢管不锈钢管硅片硅片漳州职业技术学院激光切割的影响因素激光切割的影响因素激光功率或激光脉冲能量切割速度光斑直径喷嘴尺寸焦点位置漳州职业技术学院 三、激光焊接 激光焊接是利用激光束的热量将工件接头处加热到熔化状态，冷却后连接在一起。激光焊接过程如图5-9所示。漳州职业技术学院 激光焊接具有以下特点。（1）激光能量密度高，这对高熔点、高热导率材料的焊接特别有利

16、。不仅能焊接同种材料，还能焊接不同的材料，甚至可以焊接金属与非金属材料。（2）焊缝深宽比大，比能小，热影响区小，焊件变形小，故特别适于精密、热敏感部件的焊接，常可以免去焊后矫形、加工工艺。漳州职业技术学院 （3）具有熔化净化效应，能纯净焊缝金属。既没有焊渣，也不需去除工件的氧化膜。焊缝的力学性能在各个方面都相当于或优于母材。（4）一般不加填充金属。如用惰性气体充分保护，则焊缝不受大气污染。（5）激光可透过透明体进行焊接，以防止杂质污染和腐蚀，适宜于精密仪表和真空仪器元件的焊接。漳州职业技术学院 表5-3 激光焊接的应用行 业 应 用 实 例 航 空 航天工业 涡轮发动机叶片、火箭壳体的加强筋、

17、导弹发射架、仪器壳体等零部件，储存高压气体的铝制和钛制容器、继电器 汽车工业 齿轮箱、汽车底盘、车轮钢圈 电子和微电子工业 仪表和电器，如仪表壳体、显像管、微电机齿轮轴、微型接插件、测量仪器的弹簧、军用锂电池、微型雷管和热敏元件等 漳州职业技术学院 激光焊接机 它的作用是实现光束与工件之间的相对运动，完成激光焊接，分焊接专机和通用焊接机两种。后者常采用数控系统，有直角坐标二维、三维焊接机或关节型激光焊接机器人。漳州职业技术学院激光焊接技术铝合金铝合金不锈钢不锈钢不锈钢、塑料不锈钢、塑料漳州职业技术学院4.3激光焊接激光焊接漳州职业技术学院激光焊接特性激光焊接特性1）激光照射时间短，焊接过程极为

18、迅速激光照射时间短，焊接过程极为迅速2）具有熔化净化效应，能纯净焊缝金属具有熔化净化效应，能纯净焊缝金属5）能以简单的措施实现光束偏转，更适用于复杂零能以简单的措施实现光束偏转，更适用于复杂零件焊接件焊接3）能量密度高，对高熔点、高导热率材料焊接有利能量密度高，对高熔点、高导热率材料焊接有利4）可透过透明体焊接，防止杂质污染和腐蚀可透过透明体焊接，防止杂质污染和腐蚀漳州职业技术学院影响激光焊接的主要参数影响激光焊接的主要参数激光功率（焊缝深度和焊接速度）光束直径材料吸收率焊接速度保护气体（氦、氩、氮）焦点位置漳州职业技术学院4.44.4激光热处理激光热处理漳州职业技术学院 四、激光表面处理 1

19、.激光表面淬火 激光表面淬火是利用激光束扫描材料表面，使金属表层材料产生相变甚至熔化，随着激光束离开工件表面，工件表面的热量迅速向内部传递而形成极高的冷却速度，使表面硬化，从而提高零件表面的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度。其典型应用如齿形表面、铸铁凸轮轴表面等。漳州职业技术学院 2.激光表面合金化 激光表面合金化是利用激光束的扫描照射作用，将一种或多种合金元素与工件表面快速熔凝，从而改变工件表面层的化学成分，形成具有特殊性能的合金化层。往熔化区加入合金元素的方法很多，包括工件表面电镀、真空蒸镀、预置粉末层、放置厚膜、离子注入、喷粉、送丝和施加反应气体等。漳州职业技术学院激光热处理的特性1）处理速度

20、快处理速度快2）变形小变形小3）效率高效率高漳州职业技术学院4.54.5激光微调激光微调漳州职业技术学院 五、激光电阻微调 在微电子电路中所采用的电阻有薄膜电阻和厚膜电阻。前者厚度为几十纳米至几微米，常用钽或镍铬合金，通过真空蒸镀制作；后者厚度为几微米至几十微米，主要用钯、钌、氧化铊等，由浆料印刷法制作。两种电阻在微调前的阻值偏差可达525，而很多电路却要求小于1。因此，必须进行电阻微调，以保证电路的技术指标。漳州职业技术学院 传统微调方法是用机械磨蚀（对厚膜电阻）和电火花蚀除（对薄膜电阻），精度和效率均较低。而激光微调精度一般为0.05，最高可达0.02或更小，而且速度快、效率高、无污染、易

21、于动态测量和实现自动化。激光微调由于是在非机械接触下工作，适合于加工硬脆材料。激光微调电阻可采用两种方法：一是对电阻进行无损伤照射，使膜的结构变化，从而改变阻值；另一方法是对电阻进行高能量照射，使部分电阻膜气化去除，从而减小导电膜的截面来增加阻值。目前后一种加工方法用得较多。漳州职业技术学院4.6激光雕刻漳州职业技术学院激光打标样品牛皮牛皮 手机外壳手机外壳 漳州职业技术学院激光打标样品标志标志工艺品工艺品茶壶茶壶线路板线路板漳州职业技术学院激光打标样品雷管雷管漳州职业技术学院激光打标样品牛仔裤牛仔裤 漳州职业技术学院激光雕刻样品橡皮效果橡皮效果印章印章漳州职业技术学院4.74.7快速成型快速

22、成型漳州职业技术学院2.22.2激光加工的特点激光加工的特点1）适应性强适应性强激光加工的功率密度高，几乎能加工任何材料，如各种金属、激光加工的功率密度高，几乎能加工任何材料，如各种金属、陶瓷、石英、金刚石、橡胶等。陶瓷、石英、金刚石、橡胶等。2）加工精度高加工精度高3）加工质量好加工质量好4）加工速度快加工速度快 效率高效率高激光束可聚焦成微米级的光斑（理论上直径可小于激光束可聚焦成微米级的光斑（理论上直径可小于1um1um）适合精）适合精密微细加工。密微细加工。激光加工能量密度高激光加工能量密度高,热作用时间很短热作用时间很短,整个加工区几乎不受热整个加工区几乎不受热的影响的影响,工件热变

23、形极小，故可加工对热冲击敏感的材料。工件热变形极小，故可加工对热冲击敏感的材料。激光打孔只需激光打孔只需0.01s0.01s，切割比常规方法提高效率，切割比常规方法提高效率8 8 2020倍，激光焊倍，激光焊接可提高效率接可提高效率3030倍，微调薄膜电阻可提高倍，微调薄膜电阻可提高10001000倍，提高精度倍，提高精度1 1 2 2数量级。数量级。5）容易实现自容易实现自 化加工化加工激光束传输方便，易于控制，便于与机器人、自动检测、计算激光束传输方便，易于控制，便于与机器人、自动检测、计算机数字控制等先进技术相结合。机数字控制等先进技术相结合。漳州职业技术学院2.22.2激光加工的特点激

24、光加工的特点6）通用性强通用性强用一台激光器改变不同的导光系统，可以处理各种形状和尺寸用一台激光器改变不同的导光系统，可以处理各种形状和尺寸的工件。也可以选择适当的加工条件，用同一台装置进行切割、的工件。也可以选择适当的加工条件，用同一台装置进行切割、打孔、焊接和表面处理等多种加工。打孔、焊接和表面处理等多种加工。7）节能节材节能节材激光束的能量利用率为常规热加工工艺的激光束的能量利用率为常规热加工工艺的1010 10001000倍，激光切割倍，激光切割可以节省材料可以节省材料15%15%30%30%。8）激光可通过光学透明介质（玻璃、空气、惰性气体和某些液体）对工件激光可通过光学透明介质（玻璃、空气、惰性气体和某些液体）对工件 进行加工。进行加工。激光加工是一种瞬时、局部的熔化和气化加工，影响因素多。因此，激光加工是一种瞬时、局部的熔化和气化加工，影响因素多。因此，微细加工时的重复加工精度和表面粗糙度不易保证。此外对具有高热微细加工时的重复加工精度和表面粗糙度不易保证。此外对具有高热传导率材料的加工较困难。传导率材料的加工较困难。不足点漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院漳州职业技术学院