十.现代特种加工工艺

现代特种加工工艺,特种加工：NontraditionalProcesses(Machining)不再依靠机械能量来切除金属层，而是应用电、声、光、热、磁以及化学能量来加工金属或非金属。避开了加工工具（刀具、砂轮）一定比加工工件硬的限制。,特点：,解决了各种难加工材料的加工问题硬质合金、钛合金、高强度钢、耐热钢、石英、金石等各种特殊、复杂表面的加工问题特殊断面形状的孔腔、小孔、窄缝等。如：冲压模、喷油嘴、喷丝头等有特殊要求的零件加工问题精度要求和表面质量很高的细长、薄壁零件,常规方法：,电火花、线切割、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束、离子束加工、MEMS、快速成型制造技术、复合加工。,激光加工,一、概述：,激光原理：1917年爱因斯坦光的受激发射理论量子放大器：50年代放大微波第一台激光器1960年美国休斯实验室的梅曼（H.Maiman）激光：亮度高，方向性好，单色性好的相干光。理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的小斑点上，焦点的功率密度可达1071011W/cm2，温度可高达万度以上。,激光加工：就是利用材料在激光聚焦照射下瞬时能量产生的加热、融化、气化、熔合现象，并产生很强的冲击波，使被融化的物质爆炸式地喷溅来实现材料的去除或者接合以及改变材料的表面性能。,激光打孔激光焊接红外激光器激光热加工激光切割CO2激光器表面改性CO激光器激光加工光化学沉淀紫外激光器光化学反应立体光刻准分子激光器激光刻蚀氩离子激光器,二、激光加工的特点：,加工材料范围及其广：钢材，陶瓷，金石，玻璃，硬质合金等。加工效率高：高速切割和打孔非接触加工：无机械切削力加工作用时间短：热影响小易于控制：能进行微细的精密加工。无加工工具：激光本身就是“光刀”加工时无振动和噪声,三、系统组成：,激光器：固体激光器：稳定性好，输出能量小应用：打孔，点焊，薄板切割气体激光器聚焦系统：透镜聚焦电气系统：激光器电源：供给能量；控制系统：CNC,四、激光打孔：,激光器：红宝石，YAG，CO2激光器光斑尺寸：几微米到几十微米应用：红宝石，金刚石打孔化纤喷丝头：硬质合金材料，要求直径10cm的喷丝头上钻1万多直径60m的孔多层印刷电路板上布线微孔激光打标和激光雕刻,五、激光切割,高功率密度激光束+辅助气体熔化、汽化、孔洞特点：高速度高质量切割割缝窄切割速度快，热影响区域小割缝边缘垂直度好，切边光滑，可直接进行焊接可切割易碎、脆、软、硬和合成材料，层叠纤维织物,六、激光焊接,应用：0.1mm的细金属丝焊接在一起精密点焊：红宝石或铷玻璃激光器应用场合：钟表游丝的焊接，芯纯封套。一般缝焊：大功率CO2激光器。深宽比：5：110：1特殊材料焊接：钛、鉏、钼、铌以及复合材料。,七、激光表面改性,改善技术制品的表面性能。包括：激光淬火、激光和进化、激光涂敷、激光非晶化和微晶化、激光冲击硬化等。加工机理相同，作用于材料的激光能量密度有差异。,激光淬火：激光快速扫描工件，薄层升温，自冷淬火。特点：淬硬层晶粒细化，硬度更高对特殊部位进行热处理、局部热处理。不需油和水等淬火介质。激光合金化：在高能激光束的作用下，将一种或几种合金元素与基体材料的表面快速熔化凝固在一起。改变金属表面的化学成分。激光表面非晶化：非晶体：电磁、机械与化学性能独特。非晶化：液体快速冷却到某一温度以下，来不及形成规则的晶体组织，从而获得非晶态固体。冷却速度：10121013K/S,复合加工,指用多种能源组合进行材料去除的工艺方法。,机械加工的同时，应用流体力学、化学、光学、电力、磁力和声波等能源进行综合加工。用于难加工材料的加工和改善加工质量。,1.切削复合加工：加热切削：高锰钢、无磁钢、不锈钢。等离子电弧加热车削和激光辅助车削。超声波符合切削：减小刀具与工件之间的摩擦，提高金属工件的塑性。应用于车、铰、插和改螺纹，切断等。,2.磨料复合加工：松散磨料：硅晶片：0.01mm的平面度，纳米级粗糙度。液力、电磁、化学等能量。电解在线修正磨削法：电解方法连学修正砂轮。,3.电火花复合加工和电解复合加工：电解磨削、电火花超声,4.其他复合加