特种加工培训资料课件

特种加工培训资料特种加工培训资料1内容I.特种加工技术概述II.电火花加工III.电解加工IV.高能束加工内容特种加工技术概述2 非传统加工又称特种加工，通常被理解为别于传统切削与磨削加工方法的总称。非传统加工方法 产生于二次大战后。两方面问题传统机械加工方法难于解决：1）难加工材料的加工问题。宇航工业等对材料高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求，使新材料不断涌现。2）复杂形面、薄壁、小孔、窄缝等特殊加工问题。非传统加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等。特种加工技术概述 非传统加工又称特种加工，通常被理解为别于传统切削与磨削加工3主主要要不不是是依依靠靠机机械械能能，而而是是用用其其它它能能量量（如如电能能、光光能能、声能、声能、热能、化学能等）去除材料。能、化学能等）去除材料。工工具具不不受受显著著切切削削力力的的作作用用，对工工具具和和工工件件的的强度度、硬硬度和度和刚度均没有度均没有严格要求。格要求。一一般般不不会会产生生加加工工硬硬化化现象象。加加工工变形形小小，发热少少(或或仅局局限限于于工工件件表表层加加工工部部位位很很小小区区域域内内)，工工件件热变形形小，加工小，加工应力小，易于力小，易于获得好的加工得好的加工质量。量。加加工工中中能能量量易易于于转换和和控控制制，有有利利于于保保证加加工工精精度度和和提高加工效率。提高加工效率。材材料料去去除除速速度度一一般般低低于于常常规加加工工方方法法，这也也是是目目前前常常规加工方法仍占主加工方法仍占主导地位的主要原因。地位的主要原因。特种加工特种加工方法特点方法特点主要不是依靠机械能，而是用其它能量（如电能、光能、声能、热能4 机械过程：利用机械力，使材料产生剪切、断裂，以去除材料。如超声波加工、水喷射加工、磨料流加工等。热学过程：通过电、光、化学能等产生瞬时高温，熔化并去除材料，如电火花加工、高能束加工、热力去毛刺等。电化学过程：利用电能转换为化学能对材料进行加工，如电解加工、电铸加工（金属离子沉积）等。化学过程：利用化学溶剂对材料的腐蚀、溶解，去除材料，如化学蚀刻、化学铣削等。特种加工特种加工分分类(加工机理和采用的能源分加工机理和采用的能源分)机械过程：利用机械力，使材料产生剪切、断裂，以去除材料。如5 复合复合过程程 利利利利用用用用机机机机械械械械、热热、化化化化学学学学、电电化化化化学学学学的的的的复复复复合合合合作作作作用用用用，去去去去除除除除材料。常材料。常材料。常材料。常见见的复合形式有：的复合形式有：的复合形式有：的复合形式有：机机机机械械械械化化化化学学学学复复复复合合合合如如如如机机机机械械械械化化化化学学学学抛抛抛抛光光光光、电电解解解解磨磨磨磨削削削削、电电镀镀珩磨等。珩磨等。珩磨等。珩磨等。机械机械机械机械热热能复合能复合能复合能复合如加如加如加如加热热切削、低温切削等。切削、低温切削等。切削、低温切削等。切削、低温切削等。热热能化学能复合能化学能复合能化学能复合能化学能复合如如如如电电解解解解电电火花加工等。火花加工等。火花加工等。火花加工等。其其其其它它它它复复复复合合合合过过程程程程如如如如超超超超声声声声切切切切削削削削、超超超超声声声声电电解解解解磨磨磨磨削削削削、磁磁磁磁力力力力抛抛抛抛光等。光等。光等。光等。特种加工特种加工分分类 复合过程机械热能复合如加热切削、低温切削等。特种加工分6 拓拓宽现有非有非传统加工方法的加工方法的应用用领域。域。探索新的加工方法，研究和开探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。新的元器件。优化工化工艺参数，完善参数，完善现有的加工工有的加工工艺。向微型化、精密化向微型化、精密化发展。展。采采用用数数控控、自自适适应控控制制、CAD/CAMCAD/CAM、专家家系系统等等技技术，提提高高加加工工过程程自自动化、柔性化程度。化、柔性化程度。EI 收录文章数比较收录文章数比较70年代年代80年代年代90年代年代20841104232142244424214441321252353316激光加工激光加工 电火花加工电火花加工 超声加工超声加工 电化学加工电化学加工特种加工技特种加工技术发展展趋势 拓宽现有非传统加工方法的应用领域。采用数控、自适应控制、7几种代表性特种加几种代表性特种加工方法工方法几种代表性特种加工方法8电火花加工的原理示意火花加工的原理示意图电火花加工的原理示意图9q原原理理：利利用用工工具具电极极与与工工件件电极极之之间脉脉冲冲性性火火花花放放电，产生生瞬瞬时高高温温，工工件件材材料料被被熔熔化化和和气气化化。同同时，该处绝缘液液体体也也被被局局部部加加热，急急速速气气化化，体体积发生生膨膨胀，随随之之产生生很很高高的的压力力。在在这种种高高压作作用用下下，已已经熔熔化化、气气化化的材料就从工件的表面迅速被除去的材料就从工件的表面迅速被除去 电火花加工火花加工进给进给系统系统放电间隙放电间隙工具电极工具电极工件电极工件电极直流直流脉冲脉冲电源电源工作液工作液原理：利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电，产生瞬时高温10 4个阶段：1.介质电离、击穿，形成放电通道；2.火花放电产生熔化、气化、热膨胀；3.抛出蚀除物；4.间隙介质消电离（恢复绝缘状态）。电火花加工 4个阶段：电火花加工11电火花加工机床电火花加工机床电火花加工机床12 电极极材材料料要要求求导电，损耗耗小小，易易加加工工；常常用用材材料料：紫紫铜、石石墨墨、铸铁、钢、黄黄铜等等，石石墨最常用。墨最常用。工工作作液液主主要要功功能能压缩放放电通通道道区区域域，提提高高放放电能能量量密密度度，加加速速蚀物物排排出出；常常用用工工作作液液有有煤油、机油、去离子水、乳化液等。煤油、机油、去离子水、乳化液等。放放电间隙隙合合理理的的间隙隙是是保保证火火花花放放电的的必必要要条条件件。为保保持持适适当当的的放放电间隙隙，在在加加工工过程程中中，需需采采用用自自动调节器器控控制制机机床床进给系系统，并并带动工具工具电极极缓慢向工件慢向工件进给。电火花加工工作要素火花加工工作要素 电极材料要求导电，损耗小，易加工；常用材料：紫铜、石墨13脉脉冲冲宽度度与与间隔隔影影响响加加工工速速度度、表表面面粗粗糙糙度度、电极极消消耗耗和和表表面面组织等等。脉脉冲冲频率率高高、持持续时间短短，则每每个个脉脉冲冲去去除除金金属属量量少少，表表面面粗粗糙糙度度值小小，但但加加工工速速度度低低。通通常常放放电持持续时间在在2s2s至至2ms2ms范范围内内，各各个个脉脉冲冲的的能能量量2mJ2mJ到到20J20J（电流流为400A400A时）之）之间。电火花加工工作要素火花加工工作要素脉冲宽度与间隔影响加工速度、表面粗糙度、电极消耗和表面组14电火花加工火花加工类型型电火花线切割原理图X XY Y储丝筒筒导轮电极极丝工件工件电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等电火花线切割电火花线切割电火花加工类型电火花线切割原理图XY储丝筒导轮电极丝工件电火15电火火花花线切切割割加加工工：用用连续移移动的的钼丝（或或铜丝）作作工工具具阴阴极极，工工件件为阳阳极极。机机床床工工作作台台带动工工件件在在水水平平面面内内作作两两个个方方向向移移动，可可切切割割出出二二维图形形。同同时，丝架架可可作作小小角角度度摆动，可切割出斜面。，可切割出斜面。电火花火花线切割切割电火花线切割加工：用连续移动的钼丝（或铜丝）作工具阴极，工件16加工过程显示电火花火花线切割机床切割机床加工过程显示电火花线切割机床17不不受受加加工工材材料料硬硬度度限限制制，可可加加工工任任何何硬硬、脆脆、韧、软的的导电材料。材料。加加工工时无无显著著切切削削力力，发热小小，适适于于加加工工小小孔孔、薄薄壁壁、窄窄槽槽、形形面面、型型腔腔及及曲曲线孔孔等等，且且加加工工质量量较好。好。脉脉冲冲参参数数调整整方方便便，可可一一次次装装夹完完成成粗粗、精精加工。加工。易于易于实现数控加工。数控加工。电火花加工特点火花加工特点不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韧、软的导电材料。电18 电火火花花成成形形加加工工：电火火花花打打孔孔常常用用于于加加工工冷冷冲冲模模、拉拉丝模模、喷嘴嘴、喷丝孔孔等等。型型腔腔加加工工包包括括锻模模、压铸模模、挤压模模、塑塑料料模模等等型型腔腔加加工工，以及叶以及叶轮、叶片等曲面加工。、叶片等曲面加工。电火火花花线切切割割：广广泛泛用用于于加加工工各各种种硬硬质合合金金和和淬淬硬硬钢的的冲冲模模、样板板、各各种种形形状状复复杂的的板板类零件、窄零件、窄缝、栅网等。网等。电火花加工火花加工应用用 电火花成形加工：电火花打孔常用于加工冷冲模、拉丝模、喷嘴、19工工作作原原理理：工工件件接接阳阳极极，工工具具（铜或或不不锈钢）接接阴阴极极，两两极极间加加直直流流电压6 624V24V，极极间保保持持0.10.11mm1mm间隙隙。在在间隙隙处通通以以 6 660m60m/S S高高速速流流动电解解液液，形形成成极极间导电通通路路，工工件件表表面面材材料料不不断断溶溶解解，溶溶解解物物及及时被被电解解液液冲冲走走。工工具具阴阴极不断极不断进给，保持极，保持极间间隙。隙。电解加工解加工工作原理：工件接阳极，工具（铜或不锈钢）接阴极，两极间加直流20电解加工原理图电解加工原理图电解液电解液直流电源直流电源泵泵工件阳极工件阳极阴极进给阴极进给工具阴极工具阴极电解加工解加工电解加工原理图电解液直流电源泵工件阳极阴极进给工具阴极电解加21p特点特点 不不受受材材料料硬硬度度限限制制，能能加加工工高高硬硬度度、高高韧性性的的导电材材料料，能以能以简单进给运运动一次加工出形状复一次加工出形状复杂的面和型腔。的面和型腔。效效率率率率高高（比比EDMEDM高高5-105-10倍倍）。采采用用振振动进给和和脉脉冲冲电流流等新技等新技术，可，可进一步提高生一步提高生产效率和加工精度。效率和加工精度。阴极在加工中阴极在加工中损耗小。耗小。加工表面加工表面质量好，无毛刺、残余量好，无毛刺、残余应力和力和变形形层。设备投投资大，有大，有污染，需防染，需防护。p电解加工解加工应用用 模模具具型型腔腔、枪炮炮膛膛线、发电机机叶叶片片、花花键孔孔、内内齿轮、小而深的孔，小而深的孔，电解抛光、倒棱、去毛刺等。解抛光、倒棱、去毛刺等。电解加工特点及解加工特点及应用用特点电解加工特点及应用22电解加工整体叶轮电解加工整体叶轮23电解倒棱去毛刺解倒棱去毛刺机加工中去毛刺工作机加工中去毛刺工作量很大，电解去毛刺量很大，电解去毛刺效率高，节省费用。效率高，节省费用。原理是尖角处电流密原理是尖角处电流密度最高度最高去毛刺时间与加工电去毛刺时间与加工电压、加工间隙及电解压、加工间隙及电解液参数有关液参数有关 电解倒棱去毛刺机加工中去毛刺工作量很大，电解去毛刺效率高，节24 工工件件与与磨磨轮保保持持一一定定接接触触压力力，突突出出的的磨磨料料使使磨磨轮导电基基体体与与工工件件之之间形形成成一一定定间隙隙。电解解液液从从中中流流过时，工工件件产生生阳阳极极溶溶解解，表表面面生生成成一一层氧氧化化膜膜，其其硬硬度度远比比金金属属本本身身低低，易易被被刮刮除除，露露出出新新金金属属表表面面，继续进行行电解解。电解解作用与磨削作用交替作用与磨削作用交替进行，行，实现加工。加工。电解磨削解磨削 工件与磨轮保持一定接触压力，突出的磨料使磨轮导电基体与工件25 电解解磨磨削削效效率率比比机机械械磨磨削削高高，磨磨轮损耗耗远比比机机械磨削小，特械磨削小，特别是磨削硬是磨削硬质合金合金时效果更明效果更明显。电解磨削解磨削导电磨轮导电磨轮电解液电解液电刷电刷工作台工作台工件工件绝缘板绝缘板导电基体导电基体磨料磨料阳极膜阳极膜 电解磨削效率比机械磨削高，磨轮损耗远比机械磨削小，特别是26 把把磁磁性性磨磨料料放放工工件件与与磁磁极极间的的入入磁磁场中中，磁磁性性磨磨料料在在延延磁磁力力线方方向向有有序序排排列列成成具具有有一一定定柔柔性性的的磁磁力力刷刷。加加工工时工工件件旋旋转，并并作作相相对磁磁极极轴向向振振动；磁磁性性磨磨料料使使工工件件表表面面上上极极薄薄的的金金属属层及及毛毛边去去除除，将将表表面面逐逐步步整整平平以以达达良良好好的的研磨效果研磨效果磁力抛光磁力抛光工件工件（陶瓷滚柱）（陶瓷滚柱）磁性材料磁性材料磁极磁极振动运振动运动动NS 把磁性磨料放工件与磁极间的入磁场中，磁性磨料在延磁力线方向27磁力抛光磁力抛光研磨前研磨前研磨后研磨后工件工件磁力磁力线磁力抛光研磨前研磨后工件磁力线28高能束加工高能束加工高能束加工29激光加工激光加工激光器激光器激光器激光器工件工件工作台工作台激光加工原理图激光加工原理图光阑光阑反射镜反射镜聚焦镜聚焦镜电源电源激光加工激光器工件工作台激光加工原理图光阑反射镜聚焦镜电源30 激光是一种受激激光是一种受激激光是一种受激激光是一种受激辐辐射而得到的加射而得到的加射而得到的加射而得到的加强强光。其基本特征：光。其基本特征：光。其基本特征：光。其基本特征：强强度高，亮度大度高，亮度大度高，亮度大度高，亮度大 波波波波长频长频率确定，率确定，率确定，率确定，单单色性好色性好色性好色性好 相干性好，相干相干性好，相干相干性好，相干相干性好，相干长长度度度度长长 方向性好，几乎是一束平行光方向性好，几乎是一束平行光方向性好，几乎是一束平行光方向性好，几乎是一束平行光 激光加工工作原理激光加工工作原理当当当当激激激激光光光光束束束束照照照照射射射射到到到到工工工工件件件件表表表表面面面面时时，光光光光能能能能被被被被吸吸吸吸收收收收，转转化化化化成成成成热热能能能能，使使使使照照照照射射射射斑斑斑斑点点点点处处温温温温度度度度迅迅迅迅速速速速升升升升高高高高、熔熔熔熔化化化化、气气气气化化化化而而而而形形形形成成成成小小小小坑坑坑坑，由由由由于于于于热热扩扩散散散散，使使使使斑斑斑斑点点点点周周周周围围金金金金属属属属熔熔熔熔化化化化，小小小小坑坑坑坑内内内内金金金金属属属属蒸蒸蒸蒸气气气气迅迅迅迅速速速速膨膨膨膨胀胀，产产生生生生微微微微型型型型爆爆爆爆炸炸炸炸，将将将将熔熔熔熔融融融融物物物物高高高高速速速速喷喷出出出出并并并并产产生生生生一一一一个个个个方方方方向向向向性性性性很很很很强强的的的的反反反反冲冲冲冲击击波波波波，于于于于是是是是在在在在被被被被加加加加工工工工表表表表面上打出一个上大下小的孔。面上打出一个上大下小的孔。面上打出一个上大下小的孔。面上打出一个上大下小的孔。激光是一种受激辐射而得到的加强光。其基本特征：激光加工工作31普通灯光与激光的比普通灯光与激光的比较 普通灯光与激光的比较 32激光激光产生生过程及特性程及特性自自发吸收吸收-电子透子透过吸收光子从低能吸收光子从低能阶跃迁到高能迁到高能阶 自自发辐射射-电子自子自发地透地透过释放光子从高能放光子从高能阶跃迁到迁到较低能低能阶 受激受激辐射射-光子射入物光子射入物质诱发电子从高能子从高能阶跃迁到低迁到低能能阶，并，并释放光子。放光子。激光产生过程及特性自发吸收-电子透过吸收光子从低能阶跃迁33 固体激光器固体激光器固体激光器固体激光器YAGYAGYAGYAG（钇钇、铝铝和石榴石构成）激光器和石榴石构成）激光器和石榴石构成）激光器和石榴石构成）激光器,红红宝石激光器宝石激光器宝石激光器宝石激光器特点特点特点特点:器件小、器件小、器件小、器件小、坚坚固、使用方便、固、使用方便、固、使用方便、固、使用方便、输输出功率大出功率大出功率大出功率大 气体激光器气体激光器气体激光器气体激光器COCOCOCO2 2 2 2激光器激光器激光器激光器,氦氦氦氦氖氖激光器激光器激光器激光器结结构构构构简简单单、造造造造价价价价低低低低；操操操操作作作作方方方方便便便便；工工工工作作作作介介介介质质均均均均匀匀匀匀，光光光光束束束束质质量量量量好好好好；能能能能长时间较稳长时间较稳定地定地定地定地连续连续工作工作工作工作(市市市市场场达达达达60606060左右左右左右左右)激光器激光器半半半半导导体激光器体激光器体激光器体激光器砷化砷化砷化砷化镓镓激光器激光器激光器激光器体体体体积积小、小、小、小、质质量量量量轻轻、寿命、寿命、寿命、寿命长长、结结构构构构简单简单而而而而坚坚固固固固液体激光器液体激光器液体激光器液体激光器染料激光器染料激光器染料激光器染料激光器原理复原理复原理复原理复杂杂,输输出波出波出波出波长连续长连续可可可可调调，且覆盖面，且覆盖面，且覆盖面，且覆盖面宽宽 固体激光器 气体激光器激光器半导体激光器液体激光器34混合气体：氦混合气体：氦约80%80%，氮，氮约15%15%，COCO2 2 约5%5%通通过高高压直流放直流放电进行激励行激励波波长10.6m10.6m，为不可不可见光光能量效率能量效率5%5%15%15%反射反射凹镜凹镜反射平镜反射平镜电极电极放电管放电管CO2气体气体冷却水进口冷却水进口冷却水出口冷却水出口激光激光高压直流电源高压直流电源CO2气体激光器气体激光器混合气体：氦约80%，氮约15%，CO2 约5%反射凹镜反35 加加工工材材料料范范围广广，适适用用各各种种金金属属/非非金金属属材材料料，高高熔熔点材料，耐点材料，耐热合金及陶瓷、金合金及陶瓷、金刚石等硬脆材料。石等硬脆材料。加加工工性性能能好好，工工件件可可离离开开加加工工机机进行行加加工工，可可透透过透明材料加工，可在不易达到的狭小空透明材料加工，可在不易达到的狭小空间加工。加工。非接触加工方式，非接触加工方式，热变形小，加工精度形小，加工精度较高。高。可可进行行微微细加加工工。激激光光聚聚焦焦直直径径理理论上上可可至至1m1m以以下，下，实际可可实现0.01mm0.01mm的小孔加工和窄的小孔加工和窄缝切割。切割。加工速度快，效率高。加工速度快，效率高。激激光光加加工工不不仅可可以以进行行打打孔孔和和切切割割，也也可可进行行焊接接、热处理等工作。理等工作。可控性好，易于自可控性好，易于自动控制。加工控制。加工设备昂昂贵。激光加工特点激光加工特点 加工材料范围广，适用各种金属/非金属材料，高熔点材料，耐热36广泛广泛广泛广泛应应用于金用于金用于金用于金刚刚石拉石拉石拉石拉丝丝模、模、模、模、钟钟表宝石表宝石表宝石表宝石轴轴承、陶瓷、承、陶瓷、承、陶瓷、承、陶瓷、玻璃等非金属材料，和硬玻璃等非金属材料，和硬玻璃等非金属材料，和硬玻璃等非金属材料，和硬质质合金、不合金、不合金、不合金、不锈钢锈钢等金属材料等金属材料等金属材料等金属材料的小孔加工。的小孔加工。的小孔加工。的小孔加工。激光打孔具有高效率、低成本的特点，特激光打孔具有高效率、低成本的特点，特激光打孔具有高效率、低成本的特点，特激光打孔具有高效率、低成本的特点，特别别适合适合适合适合微小群孔加工。微小群孔加工。微小群孔加工。微小群孔加工。焦点位置焦点位置焦点位置焦点位置对对孔的孔的孔的孔的质质量影响：若焦点与加工表面之量影响：若焦点与加工表面之量影响：若焦点与加工表面之量影响：若焦点与加工表面之间间距离很大，距离很大，距离很大，距离很大，则则激光能量密度激光能量密度激光能量密度激光能量密度显显著减小，不能著减小，不能著减小，不能著减小，不能进进行加行加行加行加工。如果焦点位置偏离加工表面工。如果焦点位置偏离加工表面工。如果焦点位置偏离加工表面工。如果焦点位置偏离加工表面1mm1mm1mm1mm，可以，可以，可以，可以进进行加工，行加工，行加工，行加工，此此此此时时加工出孔的断面形状随焦点位置不同而加工出孔的断面形状随焦点位置不同而加工出孔的断面形状随焦点位置不同而加工出孔的断面形状随焦点位置不同而发发生生生生变变化化化化激光打孔激光打孔广泛应用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃等非金属材37激激光光加加工工应用用焦点位置对孔形状影响焦点位置对孔形状影响激光加工应用焦点位置对孔形状影响38激激光光打打孔孔示示意意图激光打孔示意图39 激光热处理激光热处理激光热处理激光热处理原原原原理理理理：照照照照射射射射到到到到金金金金属属属属表表表表面面面面上上上上的的的的激激激激光光光光使使使使表表表表面面面面原原原原子子子子迅迅迅迅速速速速蒸蒸蒸蒸发发发发，产生微冲击波会导致大量晶格缺陷形成，达到硬化。产生微冲击波会导致大量晶格缺陷形成，达到硬化。产生微冲击波会导致大量晶格缺陷形成，达到硬化。产生微冲击波会导致大量晶格缺陷形成，达到硬化。优优优优点点点点：快快快快速速速速、不不不不需需需需淬淬淬淬火火火火介介介介质质质质、硬硬硬硬化化化化均均均均匀匀匀匀、变变变变形形形形小小小小、硬硬硬硬化化化化深度可精确控制。深度可精确控制。深度可精确控制。深度可精确控制。激光焊接激光焊接激光焊接激光焊接与与与与打打打打孔孔孔孔相相相相比比比比，激激激激光光光光焊焊焊焊接接接接所所所所需需需需能能能能量量量量密密密密度度度度较较较较低低低低，不不不不需需需需将将将将材材材材料料料料气化蚀除，只要将工件的加工区烧熔使其粘合在一起。气化蚀除，只要将工件的加工区烧熔使其粘合在一起。气化蚀除，只要将工件的加工区烧熔使其粘合在一起。气化蚀除，只要将工件的加工区烧熔使其粘合在一起。优优优优点点点点：无无无无焊焊焊焊渣渣渣渣，不不不不需需需需去去去去除除除除工工工工件件件件氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜，可可可可实实实实现现现现不不不不同同同同材材材材料料料料之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。激光切割激光切割激光切割激光切割具具具具有有有有切切切切缝缝缝缝窄窄窄窄、速速速速度度度度快快快快、热热热热影影影影响响响响区区区区小小小小、省省省省材材材材料料料料、成成成成本本本本低低低低等等等等优点，并可以在任何方向上切割，包括内尖角。优点，并可以在任何方向上切割，包括内尖角。优点，并可以在任何方向上切割，包括内尖角。优点，并可以在任何方向上切割，包括内尖角。可可可可以以以以切切切切割割割割钢钢钢钢板板板板、不不不不锈锈锈锈钢钢钢钢、钛钛钛钛、钽钽钽钽、镍镍镍镍等等等等金金金金属属属属材材材材料料料料，以以以以及及及及布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。激光加工激光加工应用用 激光热处理 激光焊接 激光切割激光加工应用40激激光光加加工工的的各各种种应用用激光加工的各种应用41激光加工的各种激光加工的各种应用用钻孔孔切削切削表面表面处理理钻微孔微孔焊接接打打标激光加工的各种应用钻孔切削表面处理钻微孔焊接打标42激光焊接车身激光切割激光加工应用激光焊接车身激光切割激光加工应用43激光修复刀具激光修复刀具激光修复刀具44激光打孔时孔实例在铝上刻槽 在钼上打直径为100um的孔 在厚度为1.1mm的铝上打直径为200um的孔 激光打孔时孔实例在铝上刻槽 在钼上打直径为100um的孔 在45激光加工激光加工实例例在陶瓷上打在陶瓷上打直径直径为25um的孔的孔阵列列 在硅片上打直径在硅片上打直径为6um的孔的孔阵列列 头发直径直径70um特征尺寸特征尺寸25um激光加工实例在陶瓷上打直径为25um的孔阵列 在硅片上打直径46激光切割激光切割激光切割的不激光切割的不锈钢齿轮 激光切割木工激光切割木工艺品品 激光切割有机玻璃激光切割有机玻璃电脑机箱面板机箱面板 激光切割激光切割的不锈钢齿轮 激光切割木工艺品 激光切割有机47 激光模具激光模具焊接接模具模具焊接接激光模具激光模具焊接接激光模具激光模具焊接接 激光模具焊48超超声声波波加加工工 变幅杆变幅杆超声超声波发波发生器生器振动方向振动方向工具工具换能器换能器工作液工作液喷嘴喷嘴工件工件超声波加工 变幅杆超声波发生器振动方向工具换能器工作液喷嘴工49超声切割技超声切割技术超声切割技术50超超声声波波加加工工原原理理图超声波加工原理图51 利利用用工工具具端端面面作作超超声声（161625kHz25kHz）振振动，使使工工作作液液中中的的悬浮浮磨磨粒粒对工工件件表表面面撞撞击抛抛磨磨来来实现加工。加工。超超声声波波发生生器器将将工工频交交流流电能能转变为有有一一定定功功率率输出出的的超超声声频电振振荡，通通过换能能器器将将超超声声频电振振荡转变为超超声声机机械械振振动，此此时振振幅幅一一般般很很小小，再再通通过振振幅幅扩大大棒棒（变幅幅杆杆）使使固固定定在在变幅杆端部的工具振幅增大到幅杆端部的工具振幅增大到0.010.010.15mm0.15mm。q 工作原理超声波加工超声波加工 利用工具端面作超声（1625kHz）振动，使工作液中的悬52当当工工具具以以16 000 Hz以以上上的的振振动频率率作作用用于于悬浮浮液液磨磨料料时，磨磨料料便便以以极极高高的的速速度度强力力冲冲击加加工工表表面面；同同时由由于于悬浮浮液液磨磨料料的的搅动，使使磨磨粒粒以以高高速速度度抛抛磨磨工工件件表表面面；此此外外，磨磨料料液液受受工工具具端端面面的的超超声声振振动而而产生生交交变的的冲冲击波波和和“空空化化现象象”。所所谓空空化化现象象，是是指指当当工工具具端端面面以以很很大大的的加加速速度度离离开开工工件件表表面面时，加加工工间隙隙内内形形成成负压和和局局部部真真空空，在在磨磨料料液液内内形形成成很很多多微微空空腔腔；当当工工具具端端面面以以很很大大的的加加速速度度接接近近工工件件表表面面时，空空泡泡闭合合，引引起起极极强的的液液压冲冲击波波，从从而而使使脆脆性性材材料料产生生局局部部疲疲劳，引起，引起显微裂微裂纹。当工具以16 000 Hz以上的振动频率作用于悬浮液磨料时，53超声波加工机床超声波加工样件超声波加工超声波加工机床超声波加工样件超声波加工54 适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、半陶瓷、半导体、宝石、金体、宝石、金刚石等石等 。可加工各种复可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。形状的型孔、型腔、形面。工具与工件不需作复工具与工件不需作复杂的相的相对运运动，机床，机床结构构简单。被加工表面无残余被加工表面无残余应力，无破坏力，无破坏层，加工精度，加工精度较高，尺高，尺寸精度可达寸精度可达0.010.010.05mm 0.05mm。加工加工过程受力小，程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易影响小，可加工薄壁、薄片等易变形零件。形零件。生生产效率效率较低。采用超声复合加工（如超声低。采用超声复合加工（如超声车削，超声削，超声磨削，超声磨削，超声电解加工，超声解加工，超声线切割等）可提高加工效率。切割等）可提高加工效率。超声波加工特点及超声波加工特点及应用用 适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导55 56 细微孔微孔型腔型腔异异形通孔形通孔切片切片多个多个圆片落料片落料多片多片圆板落料板落料超声波加工的基本种类切割切割单晶硅片晶硅片 细微孔 型腔 异形通孔57超声波加工超声波加工应用用应用用:型孔、型腔加工；切割加工型孔、型腔加工；切割加工单晶硅片、陶瓷模晶硅片、陶瓷模块；超声波抛磨；超声波抛磨超声波加工应用应用:型孔、型腔加工；切割加工单晶硅片、陶瓷58电子束加工原理图控制栅极加速阳极电子束斑点旁热阴极聚焦系统工件工作台电子束加工电子束加工原理图控制栅极加速阳极电子束斑点旁热阴极聚焦系统工59真真空空条条件件下下，利利用用电流流加加热阴阴极极发射射电子子束束，经控控制制栅极极初初步步聚聚焦焦后后，由由加加速速阳阳极极加加速速，通通过透透镜聚聚焦焦系系统进一一步步聚聚焦焦，使使能能量量密密度度集集中中在直径在直径5 510m10m斑点内。斑点内。高高速速而而能能量量密密集集的的电子子束束冲冲击到到工工件件上上，被被冲冲击点点处形形成成瞬瞬时高高温温（几几分分之之一一微微秒秒时间内内升升高高至至几几千千摄氏氏度度），工工件件表表面面局局部部熔熔化化、气气化化直至被蒸直至被蒸发去除。去除。工作原理电子束加工真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，经控制栅极初步聚焦后60电子束加工电子束加工曲面、穿孔电子束子束加工的加工的喷丝头异形孔异形孔电子束加工电子束加工曲面、穿孔电子束加工的喷丝头异形孔61 电子子束束束束径径小小（最最小小直直径径可可达达0.01-0.05mm0.01-0.05mm），而而其其长度可达束径几十倍，可加工微度可达束径几十倍，可加工微细深孔、窄深孔、窄缝。材材料料适适应性性广广（原原则上上各各种种材材料料均均能能加加工工），特特别适用于加工特硬、适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。熔金属和非金属材料。非非接接触触加加工工，无无工工具具损耗耗；无无切切削削力力，加加工工时间极极短，工件无短，工件无变形。形。加工速度高，切割加工速度高，切割1mm1mm厚厚钢板，速度可达板，速度可达240mm/min240mm/min。在在真真空空中中加加工工，无无氧氧化化，特特别适适于于加加工工高高纯度度半半导体材料和易氧化的金属及合金。体材料和易氧化的金属及合金。加工加工设备较复复杂，投，投资较大。多用于微大。多用于微细加工。加工。电子束加工特点及应用 电子束束径小（最小直径可达0.01-0.05mm），而其长62电子子束束加加工工过程模型电子束加工过程模型63利用电子束热效应的加工低功率密度、中等功率密度 高功率密度照射利用电子束热效应的加工低功率密度、中等功率密度 64电子束加工原理电子束加工原理65电子束子束焊接接 焊缝熔深大熔深大,熔熔宽小小,焊缝金属金属纯度高度高,焊接精度接精度高高,可可实现精密微精密微细焊可可进行薄材料的精密行薄材料的精密焊接，又可接，又可实现厚件厚件焊接，接，但不适于大批量但不适于大批量产品品所有用其它所有用其它焊接方法能接方法能进行熔化行熔化焊的金属及合的金属及合金都可以用金都可以用电子束子束焊接接主要用于高主要用于高质量量焊接接,能解决异种金属能解决异种金属,易氧化金易氧化金属及属及难熔金属的熔金属的焊接接价格昂价格昂贵(如用如用CO2保保护焊机机焊接后接后桥,价格价格仅几几万元万元,而而电子束子束焊机价格在机价格在200万左右万左右 )电子束焊接 焊缝熔深大,熔宽小,焊缝金属纯度高,焊接精度高,66电子束子束焊接与接与CO2气体保气体保护焊的比的比较CO2气保气保焊焊接接的的车桥.要开坡口要开坡口填填丝,热变形大形大 电子束子束焊机机焊接的接的车桥 电子束焊接与CO2气体保护焊的比较CO2气保焊焊接的车桥.要67电子束子束焊接后接后桥设备电子束焊接后桥设备68电子束子束焊接接毛毛细管板管板结构构电子束子束钎焊接接头 电子束子束钎焊试样 电子束焊接毛细管板结构电子束钎焊接头 电子束钎焊试样 69电子束用于微子束用于微细加工加工 电子束用于微细加工 70缩小投影型电子暴光装置1.电子枪 2.照射透镜 3.掩模板4.缩小投影透镜 5.工件 6.位置对准7.电子束缩小投影型电子暴光装置1.电子枪 71光刻加工技光刻加工技术1.原版制作原版制作2.光刻光刻涂胶涂胶暴光暴光显影与烘片影与烘片刻刻蚀剥膜与剥膜与检查光刻加工技术1.原版制作72光学光刻原理与印像片相同，只是用涂覆了感光胶(抗蚀剂)的硅片取代了相纸，掩模版取代了底片。UV光光母板母板掩膜掩膜光刻胶光刻胶SiO2光刻胶光刻胶SiO2光学光刻原理与印像片相同，只是用涂覆了感光胶(抗蚀剂)的硅片73 曝光：将掩模覆盖在涂有光刻胶的硅片上，掩模相当于照相曝光：将掩模覆盖在涂有光刻胶的硅片上，掩模相当于照相底片，一定波底片，一定波长的光的光线通通过这个个“底片底片”，使光刻胶，使光刻胶获得与得与掩模掩模图形同形同样的感光的感光图形。形。显影与后烘：曝光之后影与后烘：曝光之后进行行显影、定影、影、定影、坚膜等步膜等步骤，在光，在光刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保留下来，形成了版刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保留下来，形成了版图图形。形。刻刻蚀：把：把经曝光、曝光、显影后光刻胶微影后光刻胶微图形中下形中下层材料的裸露部材料的裸露部分去掉，即在下分去掉，即在下层材料上重材料上重现与光刻胶相同的与光刻胶相同的图形。形。光刻工光刻工艺过程程 曝光：将掩模覆盖在涂有光刻胶的硅片上，掩模相当于照相底片，74光刻工光刻工艺图示示 涂光刻胶涂光刻胶 曝光曝光 显影与后烘影与后烘 腐腐蚀 剥胶剥胶 光刻工艺图示 涂光刻胶 曝光 显影与后烘 腐蚀 剥胶 75光刻加工光刻加工过程程光刻加工过程76在在真真空空条条件件下下，将将离离子子源源产生生的的离离子子束束经过加加速速、聚聚焦焦后后投投射到工件表面的加工部位以射到工件表面的加工部位以实现加工的。加工的。离离子子带正正电荷荷，其其质量量比比电子子大大数数千千倍倍乃乃至至数数万万倍倍，故故在在电场中中加加速速较慢慢，但但一一旦旦加加至至较高高速速度度，就就比比电子子束束具具有有更更大大的的撞撞击动能能。离离子子束束加加工工是是靠靠微微观机机械械撞撞击能能量量转化化为热能能进行的。行的。离离子子束束加加工工是是离离子子束束射射到到材材料料表表面面时所所发生生的的撞撞击效效应、溅射效射效应和注入效和注入效应。离子束加工离子束加工在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件771.1.离离子子刻刻蚀：离离子子轰击工工件件，将将工工件件表表面面的的原原子子逐逐个个剥剥离离，又又称称离离子子铣削削，实质是是一一种种原原子子尺尺度度的的切削加工。切削加工。2.2.离离子子溅射射沉沉积：离离子子轰击靶靶材材，将将靶靶材材原原子子击出出，沉沉积在在靶靶材材附附近近的的工工件件上上，使使工工件件表表面面镀上上一一层薄膜。薄膜。3.3.离离子子镀(离离子子溅射射辅助助沉沉积)：离离子子同同时轰击靶靶材材和工件表面，可增和工件表面，可增强膜材与工件基材膜材与工件基材间的的结合力。合力。4.4.离离子子注注入入：离离子子束束直直接接轰击被被加加工工材材料料，由由于于离离子子能能量量相相当当大大，离离子子就就钻入入被被加加工工材材料料的的表表层。工工件件表表面面层含含有有注注入入离离子子后后，就就改改变了了化化学学成成分分，从而改从而改变了工件表面了工件表面层的机械物理性能。的机械物理性能。离子束加工的分离子束加工的分类离子刻蚀：离子轰击工件，将工件表面的原子逐个剥离，又称离子铣78是是目目前前特特种种加加工工中中最最精精密密、最最微微细的的加加工工。离离子子刻刻蚀可可达达纳米米级精精度度，离离子子镀膜膜可可控控制制在在亚微微米米级精精度，离子注入的深度和度，离子注入的深度和浓度亦可精确地控制。度亦可精确地控制。在在高高真真空空中中进行行，污染染少少，特特别适适宜宜于于对易易氧氧化化的的金属、合金和半金属、合金和半导体材料体材料进行加工。行加工。离离子子束束加加工工是是靠靠离离子子轰击材材料料表表面面的的原原子子来来实现的的，是是一一种种微微观作作用用，所所以以加加工工应力力和和变形形极极小小，适适宜宜于于对各种材料和低各种材料和低刚件零件件零件进行加工。行加工。主主要要应用用于于刻刻蚀加加工工(如如加加工工空空气气轴承承的的沟沟槽槽，加加工工极极薄薄材材料料等等)、镀膜膜加加工工(如如在在金金属属或或非非金金属属材材料料上上镀制制金金属属或或非非金金属属材材料料)、注注入入加加工工(如如某某些些特特殊殊的的半半导体器件体器件)等。等。离子束加工特点和应用是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀可达纳米级精度79排水器喷嘴喷嘴阀阀控制器控制器蓄能器蓄能器供水器供水器过滤器过滤器泵泵增压器增压器液压装置液压装置工件工件射流射流d水喷射加工排水器喷嘴阀控制器蓄能器供水器过滤器泵增压器液压装置工件射流80q 工作原理：q 加工装置q 喷嘴材料及工作条件 项目项目 材料材料 孔径孔径/mm 至工件距离至工件距离/mm 喷射角度喷射角度/参数参数金刚石，蓝宝金刚石，蓝宝石，淬火钢石，淬火钢0.0750.42.550030水水喷射加工射加工利利用用超超高高压水水（或或水水与与磨磨料料的的混混合合液液）对工工件件进行行切切割割（或或打打孔孔），又又称称高高压水水切切割割，或或“水水刀刀”。工作原理：加工装置 喷嘴材料及工作条件 项目 81水水喷射加工射加工水喷射加工82水水喷射加工特点射加工特点数控数控设备控制下，控制下，进行任意行任意图案切割；案切割；高高压元件元件质量可靠，易量可靠，易损件件质优价廉，价廉，维修成本低；修成本低；钻孔及切割功能孔及切割功能设备可一次完成，降低切割成本；可一次完成，降低切割成本；加工一次成型，切口光滑，可加工一次成型，切口光滑，可节省省时间及制造成本；及制造成本；无毒害、无粉无毒害、无粉尘、无、无污染，染，为操作人操作人员提供更健康的提供更健康的工作工作环境；境；切切缝窄，可减少大量窄，可减少大量废弃材料的弃材料的产生；生；相相对其它同其它同类切割切割设备，加工成本低廉。，加工成本低廉。根据根据设计及工件材及工件材质的不同，可以非常方便、快捷的的不同，可以非常方便、快捷的进行行调整，极大的整，极大的缩短从接短从接单至成品至成品产出的出的时间，为您的企您的企业带来更多的商机和更大的利来更多的商机和更大的利润。水喷射加工特点数控设备控制下，进行任意图案切割；83水水喷射加工特点射加工特点切割精度切割精度：0.051-0.254mm,0.051-0.254mm,取决于机器精度、切割取决于机器精度、切割工件大小及厚度。工件大小及厚度。切割缝隙切割缝隙：与工作材与工作材质大小厚薄和大小厚薄和喷嘴有关。嘴有关。纯水水切割之切口切割之切口约为0.1-1.1mm0.1-1.1mm，磨料水混流切割之切口，磨料水混流切割之切口约为0.8-1.8mm0.8-1.8mm。磨料管的直径。磨料管的直径扩口，切口愈大。口，切口愈大。切割切割产生的斜生的斜边：取决于切割速度。好的切割品取决于切割速度。好的切割品质单侧斜斜边为0.076-0.102mm0.076-0.102mm。应用：应用：复复杂曲曲线图案、厚、脆、易碎、怕案、厚、脆、易碎、怕热及多种及多种材材质复合之材料。复合之材料。水喷射加工特点切割精度：0.051-0.254mm,取决于84高高压水射流切割大理石水射流切割大理石高压水射流切割大理石85高高压水射流加工的零件水射流加工的零件钻削的削的0.8mm 孔孔切割切割7cm 厚不厚不锈钢微小零件微小零件铣削削高压水射流加工的零件钻削的0.8mm 孔切割7cm 厚不锈钢86作作业作业87常用特种加工方法常用特种加工方法加工方法加工方法主要能量形式主要能量形式作用形式作用形式符号符号电火花电火花加工加工 电火花成型加工电火花成型加工 电火花线切割加工电火花线切割加工电化学电化学加工加工电解加工电解加工电解磨削电解磨削电解研磨电解研磨电铸电铸涂镀涂镀高能束高能束加工加工 激光束加工激光束加工电子束加工电子束加工 离子束加工离子束加工 等离子弧加工等离子弧加工 常用特种加工方法加工方法主要能量形式作用形式符号电火花加工 88常用特种加工方法（常用特种加工方法（续上表）上表）加工方法加工方法主要能量形式主要能量形式作用形式作用形式符号符号物料切物料切蚀加工蚀加工 超声加工超声加工磨料流加工磨料流加工液体喷射加工液体喷射加工化学加化学加工工化学铣削化学铣削 化学抛光化学抛光 光刻光刻复合加复合加工工电化学电弧加工电化学电弧加工 电解电化学机械磨电解电化学机械磨削削常用特种加工方法（续上表）加工方法主要能量形式作用形式符号物89加工方法加工方法 可加工可加工材料材料工具损耗率工具损耗率 /%/%最低最低/平均平均材料去除率材料去除率 mm3/minmm3/min最低最低/平均平均尺寸精度尺寸精度 mmmm最低最低/平均平均表面粗糙度表面粗糙度Ra mRa m最低最低/平均平均主要适用范围主要适用范围 电火花成电火花成型加工型加工电火花线电火花线切割加工切割加工电解加工电解加工 超声加工超声加工激光束加激光束加工工电子束加电子束加工工 离子束加离子束加工工 几种常几种常见特种加工方法的特种加工方法的综合比合比较加工方法 可加工材料工具损耗率/%最低/平均材料去除率 90为什么特种加工是模具制造的重要方法为什么特种加工是模具制造的重要方法,特种加特种加工与一般加工方法有什么区别工与一般加工方法有什么区别?作作业为什么特种加工是模具制造的重要方法,特种加工与一般加工方法有91