现代特种加工工艺.ppt

1、现代特种加工工艺,Nontraditional Processes (Machining),概念,特种加工：特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能以及特殊机械能等多种能量或其复合施加在工件的被加工部位上以实现材料切除的加工方法, 从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法统称为特种加工。,独到之处（与传统加工方法比较）,加工范围不受材料物理、机械性能的限制,能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。 易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。 易获得良好的表面质量, 热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区等均比较小。 各种加工方法易复合形

2、成新工艺方法, 便于推广应用。,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（Micro Electro-Mechanical Systems ）、快速成型制造技术、复合加工。,特种加工技术的发展趋势,采用自动化技术。 开发新工艺方法及复合工艺。 趋向精密化研究。 向“绿色”加工的方向发展 。 进一步开拓特种加工技术。,可以预见, 随着科学技术和现代工业的发展, 特种加工必将不断完善和迅速发展, 反过来又必将推动科学技术和现代工业的发展, 并发挥愈来愈重要的作用。,激光加工技术,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

3、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。,分类,激光打孔 激光焊接 红外激光器 激光热加工 CO2激光器 激光切割 CO激光器 表面改性 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,激光加工的特点：,加工材料范围及其广：钢材，陶瓷，金刚石，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,激光打孔,机理：一束能量密度极高的激光束照射到工件表面上，部分光能即被表

4、面吸收并转化成热能，照射斑点的局部区域温度迅速上升到上万度，使工件材料局部熔化甚至汽化并形成陷坑。与此同时也开始了热扩散，结果斑点周围材料也熔化。随着激光能量的继续吸收，陷坑中蒸汽膨胀，压力加大，熔融物以爆炸形式被高速喷射出来，喷射所产生的反冲压力又在工件内部形成一个方向很强的冲击波。这样工件就在高温熔融汽化和冲击波的作用下蚀除部分物质，形成激光蚀坑。,主要问题：,激光打孔的主要问题是如何获得高质量和高精度的小孔，这与在被烧蚀产品你中所产生的熔融状态物质的量有关。 解决方法：使用较短脉冲的激光。 最近，超短脉冲激光的研究进展很快，已从毫秒缩短到微秒，纳秒，达到飞秒。最近有报道，已经成果获得了渺

5、秒激光脉冲。,激光加工的发展趋势,1、进一步研究开发新的应用领域 (1)激光清洗 (2)激光镀膜 (3)其它 2、铝焊接的研究 3、焊接加工的焊缝自动跟踪 4、冲、切合为一机 5、金属切削加工中的应用 (1)断屑 (2)激光加热改善切削加工过程,3C-SiC单晶体的激光微加工,Laser micro machining of 3CSiC single crystals,简介,碳化硅：高能量，高频率以及高热电性 ，它比硅具有更宽的带隙，更高的强度，更高的热传导性和更高的速率饱和度。一种卓越的材料。 碳化硅在那些以硅作为最主要原料的微电子机械系统中具有更大的潜力，因而受到额外的关注。使用SiC可以

6、使微电子机械装置在更苛刻的温度，湿度，化学和放射性环境中使用。,简介,碳化硅存在形式中，3碳，4氢和6氢形式使用更为普遍。 在室温环境中，没有什么液体能够将微型机械装置中的碳化硅腐蚀。碳化硅结构已经在类似电化学刻蚀技术或高强度等离子体这样的精细技术中使用。 在以前的碳化硅激光微加工中主要使用的是6氢碳化硅样本，本文使用的是经过抛光的大块单晶体3碳-碳化硅。 大块单晶体3碳碳化硅的切除的研究焦点集中在脉冲宽度以及3种不同波长设置的激光所造成的影响。,实验,使用的激光是两种受激准分子激光(LPX 200 和 LPF220,)，一个具有248纳米的波长，34毫微秒的脉冲宽度；另一个具有193纳米的波长，25毫微秒的脉冲宽度； 以及一个由二极管充能波长为1026纳米下分别放射出400fs脉冲宽度的脉冲的固态激光,实验,实验,图3显示标准电子组件熔腔显微图,图A为波长为193纳米的受激准分子激光熔腔，图B为波长为248纳米波长的熔腔。,结论：,在受激准分子激光加工中，3碳碳