工程材料与机械制造基础第３讲高能束加工.pptx

四 高能束加工 随着科学技术的发展 许多行业的高 精 尖产品对零件的加工要求越来越高 如火箭发动机的燃料喷嘴 柴油机喷嘴 人造纤维的喷丝头 精密仪表上的宝石轴承等都要求尺寸在1 20 m 其边缘清晰度仅为几 m 而对于微电子学领域中元件的加工精度 表面质量的要求更高 这对于传统的机械加工非常困难甚至难以实现 人们在生产实践中 发展了高能密度束流加工技术 解决了以上技术难题 常用的高能束流加工方法主要是激光加工 电子束加工 离子束加工等 四 高能束加工 高能束流加工有以下共同特点 1 加工速度快 热流输入少 对工件热影响极少 工件变形小 2 束流能够聚焦且有极高的能量密度 激光加工 电子束加工可使任何坚硬 难熔的材料在瞬间熔融汽化 而离子束加工是以极大能量撞击零件表面 使材料变形 分离破坏 3 工具与工件不接触 无工具变形及损耗问题 4 束流控制方便 易实现加工过程自动化 一 激光加工 1 激光加工的原理激光是一种在激光器中受激辐射而产生的相干光 它具有强度高 方向性好 相干性和单色性好等特点 由于激光的单色性好和具有很小的发散角 因此可通过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长相近的极小光斑 其功率密度可达107 1011w cm2 温度可达一万摄氏度 将材料在瞬间 10 3s 熔化和蒸发 工件表面不断吸收激光能量 凹坑处的金属蒸汽迅速膨胀 压力猛然增大 熔融物被产生的强烈冲击波喷溅出去 所以说激光加工是在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程 2 激光加工的特点 1 激光加工属非接触加工 无明显机械力 也无工具损耗 工件不变形 加工速度快 热影响区小 可达高精度加工 易实现自动化 2 因功率密度是所有加工方法中最高的 所以几乎可加工任何金属与非金属材料 3 激光可通过惰性气体 空气或透明介质对工件进行加工 如可通过玻璃对隔离室内的工件进行加工或对真空管内的工件进行焊接 4 激光可聚焦形成微米级光斑 输出功率大小可调节 常用于精密细微加工 最高加工精度可达0 001mm 表面粗糙度Ra值可达0 4 0 1 m 5 能源消耗少 无加工污染 在节能 环保等方面有较大优势 1 激光打孔 2 激光焊接 3 激光切割 4 激光表面热处理 3 激光加工的应用 主要用于特殊材料或特殊工件上的孔加工 如仪表中的宝石轴承 陶瓷 玻璃 金刚石拉丝模等非金属材料和硬质合金 不锈钢等金属材料的细微孔的加工 当激光能量密度在103 105w cm2时 对工件表面 进行扫描目 前在已极成短功的的时应间内用加于热钢到板相 变不温锈度钢 工件钛表 层由于铌热 量镍迅等速金向属内材传料导快以速及冷石却英 实陶现瓷了 工塑件表料层 材料的木相材变 硬布化匹 激纸光张淬火等 非 金属材料的切割 也与其可它应表用面于热化处学理纤比维较喷 激丝光头热的处型理孔工加艺工简 单 生产率高 工艺过程易实现自动化 一般无须冷却介质 对环境无污染 对工件表面加热快 冷却快 硬度比常规淬火高约15 20 耗能少 工件变形小 适合精密局部表面硬化及内孔或形状复杂零件表面的局部硬化处理 但激光表面热处理设备费用高 工件表面硬化深度受限 因而不适合大负荷的重型零件 本讲复