精密与特种加工技术（第3版） 课件全套 第1-10章 绪论 - MEMS及纳米加工技术

课程安排与概述总学时：32(含4学时实验课)时间：第8周-第12周课程特点：相对松散：精密与超精密加工；特种加工；方法间缺乏紧密的内在逻辑联系内容多样：涉及精密超精密加工、多种特种加工方法基本要素：基本原理、基本工艺特征、主要用途12精密与特种加工的产生与特点精密与特种加工的分类精密与特种加工对机械制造工艺的影响精密与特种加工的地位与发展趋势主要内容重点：精密超精密加工的定义；特种加工技术对制造工艺的影响；各种特种加工的主要能量形式难点：特种加工技术对制造工艺的影响封装硅片芯片3精密与特种加工的产生与特点案例1：集成电路芯片(chips)的制造

特殊材料：硅超高精度：微纳米微纳尺度：微纳米4精密与特种加工的产生与特点硅片(wafer)Chipsbeforeslicing高平整度超光滑高精度高表面质量航空发动机(最难制造的部件)5精密与特种加工的产生与特点精密与特种加工的产生与特点案例2：航空发动机涡轮叶片的加工风扇叶片压缩机叶片高压涡轮叶片低压涡轮叶片6精密与特种加工的产生与特点案例2：航空发动机涡轮叶片的加工精密与特种加工的产生与特点材料特殊：耐高温镍基合金和涂层形状复杂：变截面，空间多维结构复杂：曲孔，异型孔等7精密与特种加工的产生与特点精密与特种加工的产生与特点案例3：光学镜片的加工精度：超光滑，廓形超精密形状：曲面，非球面材料：大都是硬脆材料8案例4：微小或易变形零件/特征的加工精密与特种加工的产生与特点喇叭形网孔滤网刮胡刀网罩喷气管薄壁零件精密与特种加工的产生与特点9微型发动机微型麦克风微型泵案例4：微小或易变形零件/特征的加工（续）精密与特种加工的产生与特点精度：超精密/精密尺寸：特征尺寸为微纳米材料：金属或硅精密与特种加工的产生与特点10Miniature0.1m-0.1mm

MEMS0.1mm-0.1μm

NEMS

100nm-0.1nm精密与特种加工的产生与特点11精密与特种加工的产生与特点12案例5：任意形状零件/特征的快速加工精密与特种加工的产生与特点精密与特种加工的产生与特点形状：任意速度：快速材料：不限20世纪60年代：适应核能、大规模集成电路、激光和航空航天等尖端技术的需要对产品质量的追求

硬盘或光学零件：极低表面粗糙度和极高几何尺寸精度，Ra≤0.1nm，精度≤10nm对产品小型化的追求电子器件；M/NEMS；表面积/体积，工件的表面质量及其完整性越来越重要对产品高可靠性的追求Ra

，耐磨性好，精度，运动稳定好，工作寿命长.对产品高性能的追求13精密与特种加工的产生与特点精密超精密加工技术的产生与特点制造精度直接关联产品质量（性能，可靠性，寿命）制造技术发展与提高的核心：自动化智能制造；精密与超精密加工14不是指某一特定的加工方法，也不是指比某给定的加工精度高一个数量级的加工技术，而是指在机械加工领域中，某一个历史时期所能达到的较(最)高加工精度的各种精密加工方法的总称。

精密加工：加工精度在0.1～1µm，加工表面粗糙度在Ra0.02～0.1µm之间的加工方法。

超精密加工：加工精度高于0.1µm，加工表面粗糙度小于Ra0.01µm的加工方法（光整加工、精整加工等）。目前超精密加工己进入纳米级，并称之为纳米加工及相应的纳米技术(极限加工技术)。定义精密与特种加工的产生与特点15精密与特种加工的产生与特点特点不同加工精度等级的去除机理机理历史性相对性发展性不普及性保密性尖端性与测量技术关联性16各类加工方法所能达到的精度及其发展趋势预测（日本TANIGUCHI,1983年)精密与特种加工的产生与特点17技术体系超精密加工对工件材质、加工设备、工具、测量和环境等条件都有特殊的要求，需要综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统、计算机控制以及其他先进技术。工件材质：必须极为细致均匀，并经适当处理以消除内部残余应力，保证高度的尺寸稳定性，防止加工后发生变形。加工设备：要有极高的运动精度，导轨直线性和主轴回转精度要达到0.1微米级，微量进给和定位精度要达到0.01微米级。环境条件：要求苛刻，须保持恒温、恒湿和空气洁净，并采取有效的防振措施。加工系统：系统误差和随机误差都应控制在0.1微米级或更小。精密与特种加工的产生与特点18超精密加工方法(Methods)超精密切削加工，超精密磨削、研磨和抛光，超精密微细加工超精密加工刀具(Tool)单晶金刚石刀具；超硬砂轮；砂带；研磨具/膏；抛光垫等超精密加工机床设备(Machinetool)超精密机床，超精密机床主轴、导轨、进给驱动系统超精密加工中的测量技术(Measuringtechnique)在线检测与误差补偿，微位移机构，激光测量超精密加工的支撑环境(Environment)空气环境和热环境，振动环境，其它环境工

精密与特种加工的产生与特点恒温：±1℃～±0.02℃，甚至达到±0.0005℃。恒湿：湿度应保持在55%～60%，防止机器的锈蚀、石材膨胀，以及一些仪器，如激光干涉仪的零点漂移等。超净：洁净度要求1000～100级，100级是指每立方英尺空气中所含大于0.5μm的尘埃不超过100个，依此类推。19精密与特种加工的产生与特点超精密切削技术ELID（ElectrolyticIn-processDressing）超精密磨削技术研磨加工抛光加工20主要应用领域尖端技术、国防工业、微电子工业、激光技术、航空航天、卫星、计量、光学仪器、大规模集成电路、民用产品等。世界发展概况美国是开展研究最早的国家。日本是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。精密与特种加工的产生与特点21意义与典型应用精密与特种加工的产生与特点

超精密加工是国家制造工业水平的重要标志之一

超精密加工所能达到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范围和几何形状是一个国家制造技术水平的重要标志之一。例如：金刚石刀具切削刃钝圆半径的大小是金刚石刀具超精密切削的一个关键技术参数，日本声称已达到2nm，而我国尚处于亚微米水平，相差一个数量级。

尖端技术领域、国防工业和微电子工业等都要精密超精密加工作支撑。

当代的精密工程、微细工程和纳米技术是现在制造技术的前沿，也是明天技术的基础。主要意义22国防工业

陀螺仪的加工涉及多项超精密加工，导弹系统的陀螺仪质量直接影响其命中率，1kg的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴0.0005μm，则会引起100m的射程误差和50m的轨道误差。

大型天体望远镜的透镜、直径达2.4m，形状精度为0.01μm，如著名的哈勃太空望远镜(900Kg），能观察140亿光年的天体（六轴CNC研磨抛光机)

红外线探测器反射镜，其抛物面反射镜形状精度为1μm，表面粗糙度为Ra0.01μm，其加工精度直接影响导弹的引爆距离和命中率。

激光核聚变用的曲面镜，其形状精度小于1μm，表面粗糙度小于Ra0.01μm，其质量直接影响激光的光源性能。典型应用精密与特种加工的产生与特点陀螺仪哈勃望远镜用大型透镜反射镜曲面镜精密与特种加工的产生与特点24精密与特种加工的产生与特点信息产品计算机上的芯片、磁板基片、光盘基片等都需要超精密加工技术来制造。录像机的磁鼓、复印机的感光鼓、各种磁头、激光打印机的多面体、喷墨打印机的喷墨头等都必须进行超精密加工，才能达到质量要求。

现代小型、超小型的成像设备，如摄相机、照相机等上的各种透镜，特别是光学曲面透镜，激光打印机、激光打标机等上的各种反射镜都要靠超精密加工技术来完成。至于超精密加工床、设备和装置当然更需要超精密加工技术才能制造。民用产品典型应用精密与特种加工的产生与特点磁头、磁盘的表面粗糙度Ra<0.1nm磁头表面保护膜厚度<2nm

磁存储密度：

100Gb/in2；磁头在磁盘表面的飞行高度<8nm纳米级运动控制问题亚微米级定位问题亚纳米表面抛光与测量问题超薄膜的均匀生长问题磁头/磁盘制造中的精密制造问题精密与特种加工的产生与特点27特种加工技术的产生与特点精密与特种加工的产生与特点产生背景陶瓷，玻璃，硅，金刚石，不锈钢，钛合金，高温镍基合金等四大加工问题1难切削材料的加工问题2特殊复杂表面/型面的加工问题超精密表面的加工问题4特殊零件的加工问题3曲面；非规则几何型面；功能表面等微纳尺度；低刚度；薄壁；易氧化；非圆孔；深小孔等28精密与特种加工的产生与特点定义特点主要借助电、热、光、声、化学等能量或其组合来以实现工件的尺寸、表面质量或形状特征的改变的所有加工方法的总称。中国：特种加工，非传统加工(NTM,Non-traditionalMachining)

非常规机械加工(NCM,Non-ConventionalMachining)不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、热等)实现加工工具硬度一般低于被加工材料的硬度加工过程中工具和工件之间一般不存在显著的机械切削力各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。如电解电火花加工(ECDM)、电解电弧加工(ECAM)。29精密与特种加工技术的分类精密与特种加工的分类30特种加工技术热作用特种加工电化学作用特种加工化学作用特种加工机械作用特种加工组合作用特种加工复合能量特种加工快速成型电弧激光电子束等离子体电场作用下的氧化还原反应氧化还原反应磨粒、水、混合物的冲击或划擦不同能量的先后作用两种或两种以上能量同时作用激光与热作用形成的不同的加工方法精密与特种加工的分类31精密与特种加工的分类电火花加工(Electrodischargemachining)激光加工(Laserbeammachining)32精密与特种加工的分类电化学加工(Electrochemicalmachining)化学加工(Chemicalmachining)33精密与特种加工的分类超声加工(Ultrasonicmachining)水射流加工(Waterjetmachining)34精密与特种加工的分类光敏树脂液相固化(Sterolithography)增材制造技术(3D打印)

(Additivemanufacturing,3Dprinting)粉末激光选择性烧结成形(Laserselectivemachining)提高制造精度提高产品质量和性能提高产品可靠性促进产品小型化增强零件互换性，提高装配生产率，促进装配自动化35精密与特种加工对制造工艺的影响精密与特种加工技术对制造工艺的影响精密超精密加工对制造工艺的影响3.改变试制新产品的模式2.改变零件的典型工艺路线1.提高材料的可加工性4.影响产品零件的结构设计5.传统的结构工艺性衡量标准发生变化6.微细加工和纳米加工的主要手段36精密与特种加工对制造工艺的影响特种加工对制造工艺的影响37精密与特种加工的地位与发展趋势精密与特种加工的地位与发展趋势精密与特种加工的地位精密与超精密加工高端产品高附加值产品高技术产品38特种加工传统机械加工的补充与辅助高技术领域的主要手段越来越常规化精密与特种加工的地位与发展趋势精密与特种加工的地位精密与特种加工对制造工艺的影响39精密与特种加工的地位与发展趋势精密与特种加工的地位与发展趋势精密与特种加工的发展趋势加工对象特征尺度极端化和跨尺度化多种能场复合化工艺控制过程数字化加工、测量、控制一体化控形控性一体化能量作用微量化和极速化课后作业：1.特种加工技术产生的背景以及它对制造工艺产生的影响2.精密加工、超精密加工的定义3.常用特种加工工艺的英文名称及其简写谢谢各位同学！41第二章超精密切削加工技术概述超精密切削加工机理金刚石刀具主要内容本章重点与难点：重点：超精密切削加工机理；金刚石刀具刀面的选择难点：金刚石刀具刀面的选择源于单刃金刚石切削技术(美国，20世纪60年代)(SinglePointDiamondTurning,SPDT)，金属（铝合金和无氧铜）曲面的超精密加工，最初主要服务于国防。第一节概述起源与发展能力与特征只能使用天然的单晶金刚石刀具表面粗糙度Ra可达0.02～0.005μm（镜面效果），精度<0.1μm可曲面，可平面，无需后续研磨、抛光加工以切代磨，节省工序，加工自由度大适用材料范围较广(No-Fe)对加工设备和加工材料要求高塑性材料，如有色金属(铜、铝合金等)、金、银、无电镍(electrolessplatingnickel)、有机玻璃、各种塑料制品（照相机的塑料镜片、隐形眼镜镜片）等；脆性材料，如硅、锗、红外光学晶体（碲镉汞、锑化镉、多晶硅、硫化锌、硒化锌、氯化钠、氯化钾、氯化锶、氟化镁、氟化钙、铌酸锂、KDP(磷酸二氢钾)晶体等）。单点金刚石车刀45第一节概述第一节概述分类金刚石超精密车削金刚石超精密铣削（飞切）金刚石超精密镗削飞切金刚石划削的反光膜模具交通标识反光膜47第一节概述飞切第一节概述环境与机床环境：无振动；恒温；少或无尘；干燥机床：高刚度；超精密；精密检测；微进给；成本高昂美国LLL（LawrenceLivemoreLaboratory)1984研制（20年）Max.直径1625mm；精度：0.025微米表面粗糙度：0.0045微米世界最精密的金刚石车床第二节超精密切削加工机理超精密切削的工艺本质

微切削：背吃刀量、进给量很小，一般切削厚度在1μm以下，切削在晶粒内进行。微挤压：切削刃钝圆半径不可能为零，加之修光刃作用，微切削过程中必有微挤压作用。材料的微观缺陷及微量切削的作用区域切削刃钝圆半径5051超精密切削加工机理52超精密切削加工机理1.切屑的形成与最小切屑厚度极限临界点极限最小切屑厚度hDmin和切屑刃钝圆半径rn的关系第二节超精密切削加工机理当切削刃钝圆半径rn为某值，能切下的最小切屑厚度hDmin和临界点处的Fp/Ff有关，并和刀具-工件材料间的摩擦因数有关。53第二节超精密切削加工机理2.加工表面的形成及其加工质量主要因素：几何方面—刀具几何形状，几何角度，刀刃的表面粗糙度和进给量（影响与切削运动方向垂直的横向表面粗糙度）；塑性变形—横向表面粗糙度；与运动方向相平行的纵向表面粗糙度机械振动—尽量避免第二节超精密切削加工机理3.表面破坏层及应力状态刀刃切削与碾压作用——破坏层+残余压应力4.切削力与切削温度刀刃剪切应力极大：克服原子或分子结合力，应力与切削厚度成反比，切削厚度越小，切应力越大。

切削区温度极高：高应力导致高摩擦、高热量产生。金刚石在650℃能发生碳化，850℃燃烧。金刚石超精密切削：微切削与微碾压复合过程，但以微切削为主55第三节金刚石刀具金刚石刀具概述天然单晶金刚石最理想超精密切削刀具材料（如硬度极高、耐磨性和强度高、导热性能好、和有色金属间摩擦因数低、能磨出极锋锐的刀刃等；但是它与钢铁材料的亲和性很强）56第三节金刚石刀具晶面的选择：这对刀具的使用性能有着重要的关系金刚石刀具的刃磨质量：切削刃钝圆半径rn，它关系到切削变形和最小切削厚度，因而影响到加工表面质量金刚石刀具应用的关键57第三节金刚石刀具金刚石的结构1.金刚石的晶体结构属立方晶系。天然单晶金刚石为规整的八面体、十二面体和六面体。金刚石晶体具有各向异性和解理现象。(100)晶面：四次对称现象，晶轴—三根四次对称轴(111)晶面：三次对称现象，晶轴—四根三次对称轴(110)晶面：二次对称现象，晶轴—六根二次对称轴2.金刚石晶体的面网晶体内部分布有原子的面叫做晶面，也称面网金刚石属立方晶系，主要有(100)、(111)和(110)面网三种面网上原子排列形式的不同、原子密度的不同以及面网间距离的差异，决定了金刚石的晶体各向异性。晶体在不同晶向上，性能差异极大金刚石晶体晶轴第三节金刚石刀具3.金刚石晶体的面网密度或晶面密度面网的单位面积上的原子数称为面网密度，决定了金刚石的硬度和耐磨性。（100）密度：（110）密度：（111）密度=1：1414：1.154（100）密度：（110）密度：（111）密度=1：1.414：2.308第三节金刚石刀具4.金刚石晶体的面网距第三节金刚石刀具解理现象：是某些晶体特有的现象，晶体受到定向的机械力作用时，沿平行于某个平面平整地劈开的现象。

金刚石的解理现象：即沿解理面(111)平整的劈开两半，且金刚石的破碎和磨损都和解理现象直接有关。5.金刚石晶体的解理现象第三节金刚石刀具62金刚石晶体晶面的性能1.

(111)面硬度和耐磨性最高，(110)面次之，(100)面最低。2.都在高磨削率方向时，(110)晶面的磨削率最高，最易磨削；(100)次之，(111)最低第三节金刚石刀具（100）密度：（110）密度：（111）密度=1：1.414：2.308晶体定向主要有三种方法：人工目测晶体定向、激光晶体定向和X射线晶体定向，各种定向方法都有优缺点。金刚石晶体的定向金刚石刀具的结构

(1)设计的原则

1)保证刀具质量，使其能加工出高质量的光滑表面Ra＝0.005～0.02μm；

2)提高刀具寿命，长时间切削能保持刀具锋利(耐用度，一般要求切削长度数十万米)出极高质量的加工表面；

3)对金刚石原料要求合理，利用率高；

4)工艺性好，便于研磨。(2)设计的主要问题

1)优选切削部分的几何形状；2)前、后面选择最佳晶面；3)确定刀具结构和金刚石在刀具上的固定方法。第三节金刚石刀具金刚石刀具的主切削刃和副切削刃之间采用过渡刃对加工表面起修光作用。国内：多采用直线修光刃，修光刃长度一般取0.1～0.2mm国外：多采用圆弧修光刃，圆弧半径R=0.5~3mm。金刚石刀具的主偏角，平时采用30～90度，用得较多的是45度。金刚石刀具的切削部分第三节金刚石刀具

应考虑因素：刀具耐磨性好；刀刃微观强度高，不易产生微观崩刃；刀具和被加工材料间摩擦系数低，使切削变形小，加工表面质量高；制造研磨容易。金刚石刀具前后刀面的选择

(111)不适合作前后面。推荐采用(100)晶面作金刚石刀具的前后面，理由如下：

1)(100)晶面的耐磨性高于(110)晶面；

2)(100）晶面的微观破损强度高于(110)晶面，(100)晶面受载荷时的破损机率比(110)晶面低很多；

3)(100)晶面和有色金属之间的摩擦系数要低于(110)晶面的摩擦系数。金刚石刀具的固定1）机械夹固2）粉末冶金法固定3）粘结或钎焊固定第三节金刚石刀具金刚石刀具的磨损可分为机械磨损、破损和炭化磨损。机械磨损：机械摩擦所造成的，前、后刀面、棱边都不同程度存在磨损。但这种机械磨损量非常微小，刀具后刀面的磨损区及前刀面的磨损凹槽表面非常平滑，使用这种磨损的刀具进行加工不会显著地影响加工表面质量。刀具破损：①裂纹：结构缺陷，循环应力，研磨应力②碎裂：冲击或/振动致微细解理③解理：当垂直于金刚石（111）晶面的拉力超过某特定值时，两相邻的（111）面分离，产生解理劈开。650℃就能发生碳化，在850℃时就会燃烧。金刚石刀具的磨损与损坏第三节金刚石刀具用天然单晶金刚石刀具对有色金属进行精密切削，如切削条件正常，刀具无意外损伤，刀具磨损极慢，刀具耐用度极高。金刚石刀具的耐用度平时以其切削距离的长度表示，如切削条件正常，金刚石刀具的耐用度可达数百千米。金刚石刀具的耐用度第三节金刚石刀具68第三节金刚石刀具主要应用领域工艺实施的关键：（1）机床（2）刀具（3）工件材料发展趋势：（1）刀具材料（2）应用

总结69课后作业：金刚石刀具的前后刀面一般选用什么晶面，为什么？简要说明金刚石刀具在应用中要注意的事项（从工件材料、刀具磨损破损、机床要求、晶面选择等角度展开论述）金刚石刀具破损的主要原因是什么吗？为什么金刚石超精密切削加工能实现超精密加工？70谢谢！第三章精密与超精密磨料加工技术7172概述精密和超精密磨削加工机理砂轮修整精密磨削加工机床砂带磨削精密研磨与抛光主要内容本章重点与难点：重点：超精密磨削加工机理；砂轮修整；砂带磨削；精密研磨与抛光难点：超精密磨削加工机理

1.金刚石超精密切削加工：铝、铜及其合金、高分子有机物等。

精密和超精密磨料加工：利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。2.精密磨削加工按磨料加工分类：：第一节概述73按其形状和特征又可以分为固结磨具、涂覆磨具和研磨剂三类。将一定粒度的磨粒或微粉与结合剂黏结在一起，形成一定形状并具有一定强度，再采用烧结、黏结、涂敷等方法即形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。其中用烧结方法形成砂轮、砂条、油石等称为固结磨具，其性能评价指标主要有磨粒、粒度、结合剂、组织与浓度、硬度、强度等方面。

用涂敷方法形成砂带，称为涂覆磨具或涂敷磨具，常用的涂覆磨有砂纸、砂布、砂带、砂盘和砂布套等。涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂敷法和静电植砂法等。分类74第一节概述重力落砂法涂覆法静电植砂法75第一节概述76第一节概述1.精密磨削加工机理

精密磨削主要是靠砂轮的具有微刃性和等高性的磨粒实现的，精密磨削多用于机床主轴、轴承、液压阀件、滚动导轨、量规等的精密加工。微刃的微切削作用；(2)微刃的等高切削作用(3)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用第二节精密与超精密磨削加工机理77第二节加工机理2.超精密磨削加工机理

超精密磨削是近年来发展起来的有最高加工精度、最小表面粗糙度的砂轮磨削方法，一般是指加工精度达到或高于0.1μm，表面粗糙度小于Ra0.025um，是一种亚微米级的加工方法，并正向纳米级发展。78第二节加工机理超精密磨削过程是微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用、滑擦作用等协同过程。

1.砂轮修整的必要性修正几何精度；修锐磨粒；清理容屑空间2.修整通常包括整形和修锐两个过程

修整是整形和修锐的总称。整形是使砂轮达到一定的精度要求的几何形状；修锐是去除磨粒间的结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度（一般是磨粒尺寸的1/3左右），形成足够的切削刃和足够的容屑空间。前者是为了获得理想的砂轮几何形状，后者是为了提高磨削锋利度。普通砂轮的整形和修锐一般是合二为一进行的，超硬磨料砂轮的整形和修锐一般分开。第三节砂轮修整79第三节砂轮修整

(1)普通精密磨削砂轮修整80第三节砂轮修整金刚石修理器81第三节砂轮修整(2)超硬磨料砂轮修整超硬磨料砂轮目前主要指金刚石砂轮和立方氮化硼（CBN）砂轮，用来加工各种高硬度、高脆性的难加工材料，应用范围越来越广。

超硬磨料砂轮的整形和修锐一般是分两步进行，有时，整形和修锐采用不同的方法。这是由于整形和修锐的目的和要求不同所致。整形要求高效率和高砂轮几何形状精度，修锐要求有好的磨削性能。82第三节砂轮修整用单点、聚晶金刚石笔，修整片等车削金刚石砂轮达到修整目的。车削法磨削法用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整，普通磨料磨粒被破碎，切削超硬磨料砂轮上的树脂、陶瓷、金属结合剂，致使超硬磨粒就会脱落。目前最为广泛采用的修整法。SiC杯形砂轮修整器修整83第三节砂轮修整软钢磨削整形法单滚轮法双滚轮法84第三节砂轮修整滚压挤轧法用碳化硅、刚玉、硬质合金或钢铁等制成修整轮，与超硬磨料砂轮在一定压力下进行自由对滚，使结合剂破裂形成容屑空间，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃。加入碳化硅、刚玉等游离磨料，依靠游离磨料挤轧作用进行修锐。85第三节砂轮修整喷射法碳化硅和刚玉修锐86第三节砂轮修整电加工法电解修整法

利用电化学的腐蚀作用蚀除金属结合剂，多用于金属结合剂砂轮的修锐，非金属结合剂砂轮无效。87第三节砂轮修整电解在线砂轮修整技术ELID（ElectrolyticIn-processDressing）电解在线砂轮修整技术88第三节砂轮修整电火花修整法电火花放电加工，适用于各种金属结合剂砂轮。若在结合剂中加入石墨粉，可用于树脂、陶瓷结合剂砂轮。既可整形，又可修锐。89第三节砂轮修整用受激振动的簧片或超声波振动头驱动的幅板作为修整器，并在砂轮和修整器间放入游离磨料撞击砂轮的结合剂，使超硬磨粒突出结合剂。90第三节砂轮修整超声波振动修整法(1)高精度尺寸精度：±0.25～±0.5μm圆度：0.25～0.1μm圆柱度：25000：0.25～5000：1μm,表面粗糙度：0.006～0.01μm(2)高刚度刚度值一般应在200N/μm以上(3)高稳定性(4)微进给装置使砂轮获得行程为2～50μm，位移精度为0.02～0.2μm，分辨率达0.01～0.1μm。(5)计算机数控第四节精密磨削加工机床91第四节加工机床92第四节加工机床1.砂带磨削方式、特点和应用第五节砂带磨削闭式砂带磨削按砂带与工件接触形式分为接触轮式、支承板（轮）式、自由浮动接触式和自由接触式。按加工表面类型分为外圆、内圆、平面、成形表面等。93第五节砂带磨削94第五节砂带磨削开式砂带磨削95第五节砂带磨削96第五节砂带磨削2.砂带磨削特点1)砂带与工件是柔性接触，磨粒载荷小而均匀，砂带磨削工件表面质量高，表面粗糙度可达0.05～0.01μm，又称“弹性”磨削。2)静电植砂法时磨粒具有方向性，力、热作用小，有较好的切削性，有效地减小了工件变形和表面烧伤。工件的尺寸精度可达5～0.5μm，平面度可达1μm。又有“冷态”磨削之称。3）砂带磨削效率高，无需修整，又称“高效”磨削。4）砂带制作简单方便，无烧结、动平衡等问题，价格也便宜，砂带磨削设备结构简单，又称“廉价”磨削。5）砂带磨削有广阔的工艺性和应用范围、很强的适应性，又称“万能”磨削。97第五节砂带磨削3.砂带磨削机理

砂带磨削时，弹性变形区的面积较大，使磨粒承受的载荷大大减小，载荷值也较均匀，且有减振作用。砂带磨削时材料的塑性变形和摩擦力均较砂轮磨削时减小，力和热的作用降低，工件温度降低。砂带粒度均匀、等高性好，磨粒尖刃向上，有方向性，且切削刃间隔长，切屑不易堵塞，有较好的切削性。

砂带磨削兼有磨削、研磨和抛光的综合作用，是一种复合加工。98第五节砂带磨削99第五节砂带磨削100第五节砂带磨削101第五节砂带磨削102第五节砂带磨削1.研磨加工的机理磨料的工作状态磨粒在工件与研具之间发生滚动，产生滚轧效果；磨粒压入到研具表面(固定)，用露出的磨粒尖端对工件表面进行刻划，实现微切削加工；磨粒对工件表面的滚轧与微量刻划同时作用。利用硬度比被加工材料更高的微米级磨粒，在硬质研磨盘作用下产生的微切削和滚轧作用实现被加工表面的微量材料去除加工，以达到形状和尺寸精度，降低表面粗糙度，减小变质层。第六节精密研磨与抛光103第六节研磨与抛光

精密研磨加工模型

硬脆材料研磨：在给磨粒加压时，就在硬脆材料加工表面的拉伸应力最大部位产生微裂纹。当纵横交错的裂纹扩展并产生脆性崩碎形成磨屑，达到表面去除的目的。金属材料研磨：研磨时，磨粒的研磨作用相当于极微量切削和磨削时的状态，为断续切削形式，且表面不会产生裂纹。104第六节研磨与抛光研磨的特点

1)微量切削

2)多刃多向切削

3)滚轧作用

4)体现进化成形原理105第六节研磨与抛光2.抛光加工的机理抛光的机理：1)以磨粒的微小塑性切削生成切屑为主体，但是它仅利用极少磨粒强制压入产生作用。2)工件与磨粒、加工液、抛光盘之间的存在化学作用，并在工件表面产生反应生成物。3)多种作用的叠加，使表面光滑化。抛光加工：利用微细磨粒的机械作用和化学作用，在软质抛光工具或化学作用、电/磁场等辅助作用下，为获得光滑或超光滑表面，减小或完全消除加工变质层的加工方法。106第六节研磨与抛光微小机械去除与化学作用1）微小机械去除作用：一层到数层原子或数十层原子状态的微小去除。2）化学作用：固相反应；固—气相反应；固—液相反应。玻璃抛光：氧化物磨粒机械作用产生软质变质层，增加去除率；硅片的化学机械抛光:加工液生产水合膜，使加工变质层的发生减少；蓝宝石抛光:磨粒与宝石间发生固相反应，生成铝红柱石。107第六节研磨与抛光108第六节研磨与抛光109第六节研磨与抛光110第六节研磨与抛光

1）工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素111第六节研磨与抛光2）研磨与抛光设备112第六节研磨与抛光113第六节研磨与抛光114第六节研磨与抛光115第六节研磨与抛光3）其它抛光技术116第六节研磨与抛光非接触抛光

非接触抛光，是指使工件与抛光盘在抛光时不发生接触，仅用抛光剂的微细粒子冲击工件表面，以获得加工表面完美结晶性和精确形状，去除量为几个到几十个原子级的抛光方法。非接触抛光既可用于功能晶体材料抛光(注重结晶完整性和物理性能)，也可用于光学零件的抛光(注重表面租糙度及形状精度)。

117第六节研磨与抛光Ra0.0005μmElasticEmissionMachining

弹性发射加工118第六节研磨与抛光Ra0.008μm119第六节研磨与抛光水合抛光

水合抛光(Hydrationpolishing)是一种利用工件界面上产生的水合反应，用抛光盘的摩擦力去除所形成的水合层的高效、超精密抛光方法。其主要特点是不使用磨粒相加工液，加工装置与普通抛光机相同，在水蒸气环境中进行加工。工件材料是能生成水合物的亲水性固体材料。选用的抛光盘材料必须不与工件产生固相反应。由于水合抛光的去除量至多只有纳米级，所以可获得无划痕、平滑、晶格无畸变的洁净表面。120第六节研磨与抛光121第六节研磨与抛光电、磁场辅助抛光

电场和磁场抛光加工(Field-assistedfineFinishing，简称FFF，场致抛光）是利用和控制电、磁场的强弱使磁流体带动磨粒对工件施加压力，从而获得高形状精度、高表面质量和无晶格畸变的表面的抛光方法。可用于高性能功能陶瓷元件材料的加工，也用于加工自由曲面。

磁场辅助抛光：磁性磨粒抛光、磁流体抛光和磁流变抛光；电场辅助抛光：电泳抛光3122第六节研磨与抛光磁流体抛光123第六节研磨与抛光既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性。磁磨料抛光124第六节研磨与抛光磁流变抛光

磁流变液（MagnetorheologicalFluid,简称MR流体）属可控流体，是智能材料中研究较为活跃的一支。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。

这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Binghan体特性。

由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系。125第六节研磨与抛光126第六节研磨与抛光电泳抛光

对胶态粒子系统施加电场时，粒子产生运动的现象称为电泳。利用磨粒所存在的电泳现象进行的抛光加工，称为电泳抛光(MigrationPolishing)。127第六节研磨与抛光128第六节研磨与抛光磁性磨粒抛光磁流变抛光气囊抛光应力盘抛光曲面抛光129第六节研磨与抛光气囊抛光130第六节研磨与抛光应力盘抛光131第六节研磨与抛光132第六节研磨与抛光133第六节研磨与抛光134第六节研磨与抛光135第六节研磨与抛光Thanksforattentions136第四章热作用特种加工技术137主要内容电火花加工激光加工电火花线切割加工概述电子束加工离子束加工重点：各种热作用特种加工的加工机理、优缺点和主要应用难点：各种热作用特种加工的加工机理138热作用特种加工是利用热熔化、蒸发作用来蚀除材料的特种加工方法热能的转化来源、形式不尽相同，因而方法多样常见的热作用特种加工方法有：等离子体转化而成的电火花加工(Electrodischarge

Machining,EDM)和等离子体加工(PlasmaBeamMachining,PBM)

光子束转化而成的激光加工(LaserBeamMachining,LBM)

电子束转化而成的电子束加工(ElectronBeamMachining,EBM)

它们具体加工时依托的环境介质不完全相同，电火花加工、激光加工和等离子体加工一般在常态空气环境中进行，而电子束加工只能在真空环境中实施第一节概述热作用特种加工方法主要有：电火花加工(电火花线切割加工）；等离子加工；电子束加工；激光加工139第二节电火花加工电火花加工的基本原理电火花加工是在一定介质（煤油或水）中，利用两极（工具电极与工件电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象(高温熔化、气化金属材料)对材料进行加工，以使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定要求的加工方法。放电加工电脉冲加工电蚀加工Electrodischargemachining(EDM)电火花加工现实场景140电火花加工的基本过程进给机构在进给过程中不断地维持两电极间间隙两电极表面不同位置移动放电，去除材料，形成凹坑脉间时停止放电，间隙条件复原下一脉冲期间如前方式移动放电，去除材料，形成凹坑第二节电火花加工141单个脉冲多个脉冲电火花加工表面电极工件第二节电火花加工142第二节电火花加工143

电火花腐蚀加工的微观物理过程：(1)极间介质的电离、击穿，形成放电通道(2)介质热分解、电极材料的熔化、气化热膨胀(3)电极材料的抛出(4)极间介质的消电离电火花加工微观机理第二节电火花加工144第二节电火花加工145第二节电火花加工146第二节电火花加工147第二节电火花加工148第二节电火花加工1491243第二节电火花加工150第二节电火花加工151工具电极和工件电极之间在加工中必须保持一定的间隙

一般是几个微米至数百微米（0.01~0.1mm）b.火花放电必须在一定绝缘性能的介质（工作液）中进行

压缩放电通道，排除金属屑、炭黑等电蚀产物，冷却作用放电点局部区域的电流密度足够高

一般为105—106A/cm2火花放电是瞬时的单向脉冲性放电

1~1000us、20~100us在先后两次脉冲放电之间，有足够的停歇时间

排除电蚀产物，使极间介质充分消电离，恢复介电性能，以保证每次脉冲放电不在同一点进行，避免发生局部烧伤现象，使重复性脉冲放电顺利进行电火花加工的必备条件间隙+电绝缘工作液+高功率密度+单向脉冲+脉间第二节电火花加工1521、主要优势适合于任何难切削导电材料的加工。其可加工性主要取决于材料导电性及热学特性；适合于加工特殊及复杂形状的表面和零件。工件无宏观作用力，适宜加工低刚度工件及进行微细加工。2、局限性主要用于加工金属等导电材料；一般加工速度比较慢，影响到生产率；存在电极损耗，影响到成形精度。电火花加工的主要特点第二节电火花加工153按工具电极和工件电极相对运动的方式和用途划分：两大类：成形或尺寸加工

表面处理加工六小类：电火花穿孔成形加工

电火花线切割

电火花磨削和镗磨

电火花展成加工（同步共轭回转加工）

电火花高速小孔加工

电火花表面强化与刻字电火花加工的主要分类第二节电火花加工154SinkEDMWireEDM第二节电火花加工155第二节电火花加工156第二节电火花加工157第二节电火花加工158电火花加工的主要应用（1）第二节电火花加工159电火花加工的主要应用（2）第二节电火花加工160电火花加工的主要应用（3）第二节电火花加工161电火花加工的主要应用（4）第二节电火花加工162电火花加工的主要应用（5）第二节电火花加工163电火花加工的主要应用（6）第二节电火花加工164极性效应(覆盖作用的影响)电参数对电蚀量的影响金属材料热学常数对电蚀量的影响工作液对电蚀量的影响其它因素如加工过程的稳定性、面积效应、电极材料等影响材料放电腐蚀的主要因素第二节电火花加工165极性效应第二节电火花加工166其他因素第二节电火花加工167

电火花加工加工速度与电极损耗第二节电火花加工168降低电极损耗的方法（1）第二节电火花加工169正极性加工负极性加工降低电极损耗的方法（2）第二节电火花加工170降低电极损耗的方法（3-4）第二节电火花加工171电火花加工的表面质量(1)172电火花加工的表面质量(2)第二节电火花加工173影响加工精度的主要因素：1)放电间隙的影响2)电极损耗的影响3）二次放电4）工件形状的影响

电火花加工的精度可达0.01－0.05mm，在精密光整加工时可小于0.005mm电火花加工精度第二节电火花加工174工件工具电极损耗的影响工件工件工具工具工件形状的影响二次放电的影响第二节电火花加工175电火花加工的电流波形与加工状态判定实际的极间电压与电流波形第二节电火花加工176电流波形特征与加工状态第二节电火花加工177

电火花成型机床均用D71加上机床工作台面宽度的1/10表示。例如D7132中，D表示电加工成型机床(若该机床为数控电加工机床，则在D后加K，即DK)；71表示电火花成型机床；32表示机床工作台的宽度为320mm。中国大陆外，电火花加工机床的型号没有采用统一标准。如日本沙迪克(Sodick)公司生产的A3R、A10R，台湾乔懋机电工业股份有限公司的JM322/430，北京阿奇工业电子有限公司的SF100，瑞士夏米尔(Charmilles)技术公司的ROBOFORM20/30/35，等。按其大小可分为小型(D7125以下)、中型(D7125～D7163)和大型(D7163以上)；按数控程度分为非数控、单轴数控和三轴数控。电火花加工机床第二节电火花加工178电火花加工机床第二节电火花加工179机床主轴机床控制及加工电源机床供液及循环、过滤、冷却系统电极夹具机床本体第二节电火花加工180电火花加工的主要特点与电极材料电极材料电火花加工电极材料第二节电火花加工181主要应用领域

广泛应用于机械（特别是模具工业）、宇航、航空、电子工业、电气工业、精密机械、仪器仪表、轻工等行业主要应用对象

难加工导电材料及复杂形状金属零件的加工典型加工零件

型孔(圆孔、方孔、多边孔、异形孔)、曲线孔(弯孔、螺旋孔)；小孔、微孔、喷嘴/喷丝孔；落料模、复合模、级进模；拉丝模；塑料模、锻模、压铸模、挤压模、胶木模，以及整体叶轮、叶片等各种曲面零件适合的加工尺寸

小至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件电火花加工的主要应用第二节电火花加工182I.穿孔加工冲模；粉末冶金模；挤压模；型孔零件；小孔；小异形孔；深孔等

II.型腔加工型腔模（段模；压铸模；塑料模等）和型腔零件

电火花加工主要应用第二节电火花加工183第二节电火花加工184第二节电火花加工185型腔加工加工方法

(1)单电极平动法一个工具电极完成模具型腔的粗、中及精加工第二节电火花加工186第二节电火花加工187(2)多电极更换法第二节电火花加工188(3)分解电极法第二节电火花加工189第二节电火花加工190高速小孔加工工艺管状电极回转并沿轴向进给，1～5MPa高压工作液（去离子水、乳化液等）排屑,加工速度达60mm/min左右，孔深径比可超过100。国外公司样品直径为3mm,深度达330mm。第二节电火花加工191第二节电火花加工192第二节电火花加工193第二节电火花加工194第二节电火花加工195微细电火花加工微细电火花加工电极制作第二节电火花加工196微细电火花加工机床第二节电火花加工197第二节电火花加工198电火花线切割加工原理原理图电极丝与工件之间的脉冲放电电极丝沿其轴向(垂直或Z方向)作走丝运动工件相对于电极丝在X、Y平面内作数控运动主要包含下列三部分内容：第三节电火花线切割加工199第三节电火花线切割加工200电火花线切割加工微观过程第三节电火花线切割加工201

按走丝速度可分为慢走丝方式(低于0.2m/s)和快走丝方式(

8～12m/s)两种“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间，而是复合走丝线切割机床，即走丝原理是在粗加工时采用高速（8-12m/s）走丝，精加工低速（1-3m/s）走丝电火花线切割加工分类第三节电火花线切割加工202第三节电火花线切割加工203(1)与电火花成形加工相似的特点放电电压、电流波形相似；单个脉冲也有多种放电状态加工机理、生产率、表面粗糙度影响因素与变化规律基本相同材料的可加工性相似(2)与电火花成形加工不同之处脉冲宽度、平均电流不能太大，属中、精正极性电火花加工；采用水基工作液，易实现无人运转，但由于工作液电阻率较小，存在电解效应；一般不存在稳定电弧放电；电极丝与工件之间存在“疏松接触式”轻压放电现象省去了成形工具电极；有利于微细加工，如微细异形孔、窄缝等；电极丝损耗对加工精度影响非常小。电火花线切割加工的特点第三节电火花线切割加工204

(1)加工模具

(2)加工电火花成形加工用的电极

(3)加工零件

电火花线切割加工的主要应用第三节电火花线切割加工205加工模具第三节电火花线切割加工206加工零件第三节电火花线切割加工207加工零件第三节电火花线切割加工208电火花线切割加工设备：机床本体脉冲电源控制系统供液系统机床附件电火花线切割加工机床快走丝机床慢走丝机床第三节电火花线切割加工209

机床的主要组成第三节电火花线切割加工210线切割控制系统轨迹控制原理工程图形=直线+圆弧

NC控制技术控制直线和圆弧轨迹的方法有逐点比较法、数字积分法、矢量判别法和最小偏差法等。高速走丝数控线切割大多采用简单易行的逐点比较法。。●轨迹控制精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，以获得所需的形状和尺寸；靠模仿形控制光电跟踪仿形控制数字程序控制微机直接控制●进给速度控制进给速度等于蚀除速度

●其他控制

电源装置、走丝机构、供液系统以及其它的机床操作控制电火花线切割加工编程(1)第三节电火花线切割加工211

偏差判别判别加工点对规定图形的偏离位置以决定工作台拖板走向；

拖板进给控制纵拖板或横拖板进给一个步长，逼近规定图形；

偏差计算对加工新位置与图形要求偏差进行计算，作为下一步判别偏差的依据；

终点判别判断是否已加工到达图形终点，从而发出停止或继续重复以上步骤指令。轨迹控制过程第三节电火花线切割加工212国内线切割程序常用格式有3B(个别扩充为4B或5B)格式和ISO格式。其中慢走丝机床普遍采用ISO格式，快走丝机床大部分采用3B格式，其发展趋势是采用ISO格式(如北京阿奇公司生产的快走丝线切割机床)。线切割编程格式电火花线切割加工编程(2)线切割加工基本步骤第三节电火花线切割加工213

保证一定的表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积的总和。通常快走丝线切割加工的切割速度为40～80mm2/min，它与加工电流大小有关。主要工艺指标——切割速度、加工精度、表面粗糙度和电极丝损耗量

切割速度(mm2/min)电火花线切割加工工艺规律

加工精度加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。快丝：0.01~0.02mm；慢丝0.005~0.002mm。表面粗糙度高速Ra5~2.5μm，最佳Ra1μm。低速Ra1.25μm，最佳Ra0.2μm第三节电火花线切割加工214电极丝损耗量对快走丝机床，电极丝损耗量用电极丝在切割10000mm2面积后电极丝直径的减少量来表示，一般减小量不应大于0.01mm。对慢走丝机床，由于电极丝是一次性的，故电极丝损耗量可忽略不计。第三节电火花线切割加工215电参数对工艺指标的影响——放电峰值电流、脉冲宽度1．电极丝：钼丝、钨丝、钨钼合金丝、黄铜丝、铜钨丝等；快走丝一般采用0.06～0.20mm的钼丝。2.工作液：快走丝线切割机床的工作液有煤油、去离子水、乳化液；慢走丝线切割机床采用的工作液是去离子水和煤油。3.工件材料：导电性；熔点等。4.工件厚度：过薄过厚都不适宜。非电参数对工艺指标的影响——电极丝、工作液、工件材料与厚度等第三节电火花线切割加工216电火花线切割加工工艺

1.切割直壁二维型面；2.切割等锥度三维曲面；3.切割变锥度、上下异形面线切割工艺扩展应用

1.扩展应用复杂曲面的加工（双曲面；阿基米德螺旋线平面；正弦曲面；螺旋槽；三维复杂形状体加工）

2.工艺改进多次切割；三维形状工件的成形；适应控制（变厚度；尖角切割）；细微、精密工件切割（如电极丝径φ0.03mm，Ra=0.18μm，精度±3μm的精密切割）。电火花线切割加工改进应用第三节电火花线切割加工217第三节电火花线切割加工218第三节电火花线切割加工219第三节电火花线切割加工220第三节电火花线切割加工221第三节电火花线切割加工222第三节电火花线切割加工223第三节电火花线切割加工224激光工作原理第四节激光加工225激光是一种受激辐射而得到的加强光。基本特征：1）强度高，亮度大2）波长频率确定，单色性好3）相干性好，相干长度长4)方向性好，几乎是一束平行光激光加工是把具有足够能量的激光束聚焦后照射到所加工材料的适当位置，光能被吸收转化成热能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属整齐迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个上大下小的孔。1-激光器2-激光束；3-全反射棱镜；4-聚焦物镜；5-工件；6-工作台激光工作系统第四节激光加工226激光器是激光加工设备的核心，能把电能转换成激光束输出。常用激光器有固体和气体两大类。固体激光器常由主体光泵（泵浦源，激励器）及谐振器（全反射镜、半反射镜组成）、工作物质（发光材料如钇铝石榴石、红宝石、钕玻璃等）、聚光器、聚焦透镜等组成。

工作物质泵浦源光学谐振腔激光器工作物质激励能源谐振腔激光器结构示意图M1M2按输出方式分脉冲输出连续输出半导体激光器按工作物质分固体激光器液体激光器自由电子激光器激光器的分类第四节激光加工227第四节激光加工2281）高功率密度，可高达108～1010W/cm2；2）聚焦微小，输出功率可调整；3）无明显机械作用力，无工具损耗;4)加工速度快，热影响区域很小；5）加工装置比较简单；6）加工重复精度和表面粗糙度不容易保证。对光反射敏感的材料，必须在加工前另加处理；7）加工产生废气、废物，必须及时排除。操作人员应有一定安全防护要求。激光加工的特点第四节激光加工229激光加工主要应用激光打孔激光切割激光雕刻激光焊接激光热处理激光快速成型第四节激光加工230激光打孔激光束焦点位置影响激光束能量分布影响第四节激光加工231第四节激光加工232第四节激光加工PulsedLBM233第四节激光加工WaterGuideLBM（水导）234第四节激光加工235质量优势技术特质实际应用切割缝边缘热影响区小

激光切割需要的总能量少

大型电机硅钢铁芯下料激光切割的切缝窄小

激光切割的能量高度集中

石油管的过滤缝切割切割精度高、工件变形小

激光聚焦光斑的直径小

汽缸垫的切割成型切割的重复性好，误差小

数控精密切割

切割复杂形状的零件激光切割面清洁,不挂渣

切割的物理冶金过程完善

装潢用切割成型切割速度快，噪声小

适合现代工业的要求

工业化批量加工激光切割第四节激光加工236第四节激光加工237第四节激光加工238第四节激光加工239第四节激光加工240第四节激光加工241第四节激光加工242第四节激光加工243YAG激光打标记激光刻蚀（打标）第四节激光加工244第四节激光加工245第四节激光加工246第四节激光加工247第四节激光加工248第四节激光加工249第四节激光加工250

内燃机缸套·激光刻蚀碳化钨硬质合金·激光刻蚀(刻线宽15微米)缸套内壁在襄樊机车修造厂的大型柴油机缸套激光刻蚀加工现场第四节激光加工251微细布线最小线宽：树脂基板（80微米），玻璃基板（40微米），陶瓷基板（20微米）

环氧树脂基板导线

玻璃基板导线

陶瓷基板导线电阻及电极第四节激光加工252激光快速原型制造第四节激光加工253质量优势技术特质实际应用激光焊接变形小

激光焊接能量密度高

汽车覆盖面板的拼焊焊缝深宽比大，晶粒细小

激光焊接需要的总能量少

焊接超高强度的舰艇钢激光焊接钢板深冲性能好

焊缝的深冲性能优于母材

汽车外壳，汽车底板激光焊接强度高

激光焊接不用填料

多联齿轮组的焊接焊接脆性材料

激光焊接强韧性好

高取向硅钢板的对焊焊接异形工件

激光焊接适应性强

不等厚钢板的焊接焊缝精细美观

焊缝深宽比大，热影响区小

电子元件封焊激光焊接质量可靠

激光焊接速度快，效率高

不锈钢钢制管激光焊接第四节激光加工254第四节激光加工255激光镕覆与合金化第四节激光加工256第四节激光加工257第四节激光加工258第四节激光加工259激光清洗（1）激光干洗法，即采用脉冲激光直接辐射去污；（2)激光+液膜的方法，即首先沉积一层液膜于基体表面，然后用激光使液膜发生爆炸式蒸发去污；（3）激光+惰性气体的方法，即在激光辐射的同时，用惰性气体吹向工件表面，当污物从表面剥离后，就被气体远远吹离表面，避免清洁表面发生再次污染和氧化；（4）用激光使污物松散后，再用非腐蚀性的化学方法去污。目前在工业生产中主要采用前面三种清洗方法，其中激光干洗法和激光+液膜清洗方法用得最多；第四种方法仅见于艺术品的清洗保护中。第四节激光加工260激光淬火技术及应用第四节激光加工261第四节激光加工262第四节激光加工263第四节激光加工264激光微加工第四节激光加工265在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，产物被真空系统抽走。

只使材料局部加热就可以进行电子束热处理；使材料局部熔化就可以进行电子束焊接；使材料熔化和气化就可以进行打孔、切割的加工；利用低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理，实现电子束光刻加工。电子束加工原理电子束加工分类第五节电子束加工266电子束加工设备电子枪：包括电子发射阴极、控制栅极和加速阳极等，是获得电子束的装置。真空装置：由机械转泵和油扩散泵或涡轮分子泵两级组成，保证电子束加工时维持1.33×10-2~1.33×10-4Pa的真空度。控制系统和电源：包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制以及工作台位移控制等。第五节电子束加工267可微细聚焦；非接触加工，工件不产生宏观应力和变形，加工范围广泛；生产率很高；易实现加工自动化；加工环境为真空条件，工件表面不发生氧化；设备昂贵。电子束加工特点268第五节电子束加工269（一）高速打孔（二）加工型孔及特殊表面（三）刻蚀（四）焊接（五）热处理（六）曝光电子束加工主要应用第五节电子束加工270电子束打孔加工第五节电子束加工271Video第五节电子束加工272电子束刻蚀与切缝加工第五节电子束加工273第五节电子束加工274第五节电子束加工275电子束焊接的特点焊接速度快焊缝深而窄，深宽比可达70:1焊件热影响区小一般不用焊条，焊缝强度一般高于母材电子束焊接第五节电子束加工276电子束热处理第五节电子束加工277电子束光刻第五节电子束加工278电子束熔化成型第五节电子束加工279等离子体：气体在高温下离解成正离子及自由电子，整体仍旧保持电中性，这种高温电离气体称为等离子体。等离子体加工：利用电弧放电使气体电离成过热的等离子态气流，靠局部熔化及汽化去除材料的工艺方法称为等离子体加工。等离子弧加工原理第六节等离子弧加工280等离子体具有极高的能量密度，是由以下三种效应造成的：1)机械压缩效应等离子体切割嘴通道直径及长度2)热收缩效应气流流量与压力；冷却水作用3)磁收缩效应由电弧电流形成磁场综合结果：高电流密度，高温度，高速度（高动能）→热能等离子体加工原理图等离子加工原理281第六节等离子弧加工282第六节等离子弧加工等离子弧喷涂等离子弧热处理等离子弧切割等离子弧焊接等离子加工主要应用283第六节等离子弧加工本章课后作业阐述电火花加工的成形机理及工艺特点；如何提高电火花加工的精度？电火花线切割加工为什么能加工复杂形状的三维零件？激光打孔加工的优势与不足各是什么？电子束加工的优势与不足各是什么？第五节电子束加工284Thanksforattentions285第五章化学作用特种加工技术286化学抛光2化学镀加工33化学铣切加工31光化学腐蚀加工34主要内容重点与难点重点：化学加工机理；各种化学加工方法的主要应用难点：化学加工机理；光化学加工机理287第一节概述288

化学作用特种加工，简称化学加工(ChemicalMachining，CHM)，是利用酸、碱或盐的溶液与工件材料间的化学作用，通过腐蚀溶解或涂覆方式，以获得所需形状、尺寸或表面状态的工件的特种加工方法。成形加工：化学铣切(又称化学蚀刻)(ChemicalMilling,CHM或ChemicalEtching，CHE)和光化学腐蚀加工(PhotochemicalMachining，PCM)

表面加工：化学抛光(ChemicalPolishing，CP)和化学镀(ElectrolessPlating)概述第一节概述289湿法刻蚀（wetetching)干法蚀刻(dryetching)利用一定浓度的酸液或碱液与工件材料发生化学反应，从而将参加反应的材料去除，在工件上形成空腔结构。化学加工机理化学加工分类（1）湿法刻蚀干法刻蚀第一节概述290化学加工分类(2）各向异性刻蚀（wetetching)各向同性刻蚀(dryetching)第一节概述291第一节概述292第一节概述293第一节概述294第二节化学铣切295化学铣切加工，实质上是较大面积和较深尺寸的化学蚀刻。金属的溶解作用，不仅在垂直于工件表面的深度方向进行，而且在保护层下面的侧向也进行溶解，并呈圆弧状。化学铣切加