超精密與納米加工技術(shù)

.,超精密與納米加工技術(shù),姓名：李非凡班級(jí)：汽配（2）班學(xué)號(hào)：20140304017,.,緒論,激光加工超聲波加工電子束加工,.,激光加工工作原理,激光是一種受激輻射而得到的加強(qiáng)光。其基本特征：強(qiáng)度高，亮度大波長(zhǎng)頻率確定，單色性好相干性好，相干長(zhǎng)度長(zhǎng)方向性好，幾乎是一束平行光當(dāng)激光束照射到工件表面時(shí)，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點(diǎn)處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴(kuò)散，使斑點(diǎn)周?chē)饘偃刍?，小坑?nèi)金屬蒸氣迅速膨脹，產(chǎn)生微型爆炸，將熔融物高速噴出并產(chǎn)生一個(gè)方向性很強(qiáng)的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個(gè)上大下小的孔。,.,.,激光產(chǎn)生過(guò)程及特性,自發(fā)吸收-電子透過(guò)吸收光子從低能階躍遷到高能階自發(fā)輻射-電子自發(fā)地透過(guò)釋放光子從高能階躍遷到較低能階受激輻射-光子射入物質(zhì)誘發(fā)電子從高能階躍遷到低能階，并釋放光子。,.,激光器,固體激光器YAG（釔、鋁和石榴石構(gòu)成）激光器,紅寶石激光器特點(diǎn):器件小、堅(jiān)固、使用方便、輸出功率大氣體激光器CO2激光器,氦氖激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；操作方便；工作介質(zhì)均勻，光束質(zhì)量好；能長(zhǎng)時(shí)間較穩(wěn)定地連續(xù)工作(市場(chǎng)達(dá)60左右)半導(dǎo)體激光器砷化鎵激光器體積小、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而堅(jiān)固液體激光器染料激光器原理復(fù)雜,輸出波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)，且覆蓋面寬,.,激光加工特點(diǎn),加工材料范圍廣，適用各種金屬/非金屬材料，高熔點(diǎn)材料，耐熱合金及陶瓷、金剛石等硬脆材料。加工性能好，工件可離開(kāi)加工機(jī)進(jìn)行加工，可透過(guò)透明材料加工，可在不易達(dá)到的狹小空間加工。非接觸加工方式，熱變形小，加工精度較高?？蛇M(jìn)行微細(xì)加工。激光聚焦直徑理論上可至1m以下，實(shí)際可實(shí)現(xiàn)0.01mm的小孔加工和窄縫切割。加工速度快，效率高。激光加工不僅可以進(jìn)行打孔和切割，也可進(jìn)行焊接、熱處理等工作?？煽匦院茫子谧詣?dòng)控制。加工設(shè)備昂貴。,.,激光加工應(yīng)用,激光切割具有切縫窄、速度快、熱影響區(qū)小、省材料、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并可以在任何方向上切割，包括內(nèi)尖角?？梢郧懈钿摪濉⒉讳P鋼、鈦、鉭、鎳等金屬材料，以及布匹、木材、紙張、塑料等非金屬材料。激光焊接與打孔相比，激光焊接所需能量密度較低，不需將材料氣化蝕除，只要將工件的加工區(qū)燒熔使其粘合在一起。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)焊渣，不需去除工件氧化膜，可實(shí)現(xiàn)不同材料之間的焊接，特別適宜微型機(jī)械和精密焊接。激光熱處理原理：照射到金屬表面上的激光使表面原子迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生微沖擊波會(huì)導(dǎo)致大量晶格缺陷形成，達(dá)到硬化。優(yōu)點(diǎn)：快速、不需淬火介質(zhì)、硬化均勻、變形小、硬化深度可精確控制。,.,切削,鉆孔,表面處理,鉆微孔,焊接,打標(biāo),.,.,激光模具焊接,.,超聲波加工工作原理,利用工具端面作超聲（1625kHz）振動(dòng)，使工作液中的懸浮磨粒對(duì)工件表面撞擊拋磨來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通過(guò)換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動(dòng)，此時(shí)振幅一般很小，再通過(guò)振幅擴(kuò)大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振幅增大到0.010.15mm。當(dāng)工具以16000Hz以上的振動(dòng)頻率作用于懸浮液磨料時(shí)，磨料便以極高的速度強(qiáng)力沖擊加工表面；同時(shí)由于懸浮液磨料的攪動(dòng)，使磨粒以高速度拋磨工件表面；此外，磨料液受工具端面的超聲振動(dòng)而產(chǎn)生交變的沖擊波和“空化現(xiàn)象”。所謂空化現(xiàn)象，是指當(dāng)工具端面以很大的加速度離開(kāi)工件表面時(shí)，加工間隙內(nèi)形成負(fù)壓和局部真空，在磨料液內(nèi)形成很多微空腔；當(dāng)工具端面以很大的加速度接近工件表面時(shí)，空泡閉合，引起極強(qiáng)的液壓沖擊波，從而使脆性材料產(chǎn)生局部疲勞，引起顯微裂紋。,.,超聲波加工原理圖,.,超聲波加工特點(diǎn)及應(yīng)用,適用于加工各種脆性金屬材料和非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、寶石、金剛石等?？杉庸じ鞣N復(fù)雜形狀的型孔、型腔、形面。工具與工件不需作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。被加工表面無(wú)殘余應(yīng)力，無(wú)破壞層，加工精度較高，尺寸精度可達(dá)0.010.05mm。加工過(guò)程受力小，熱影響小，可加工薄壁、薄片等易變形零件。生產(chǎn)效率較低。采用超聲復(fù)合加工（如超聲車(chē)削，超聲磨削，超聲電解加工，超聲線切割等）可提高加工效率。,.,超聲波加工機(jī)床,超聲波加工樣件,.,.,電子束加工工作原理,真空條件下，利用電流加熱陰極發(fā)射電子束，經(jīng)控制柵極初步聚焦后，由加速陽(yáng)極加速，通過(guò)透鏡聚焦系統(tǒng)進(jìn)一步聚焦，使能量密度集中在直徑510m斑點(diǎn)內(nèi)。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上，被沖擊點(diǎn)處形成瞬時(shí)高溫（幾分之一微秒時(shí)間內(nèi)升高至幾千攝氏度），工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。,.,電子束加工原理圖,.,電子束加工特點(diǎn)及應(yīng)用,電子束束徑小（最小直徑可達(dá)0.01-0.05mm），而其長(zhǎng)度可達(dá)束徑幾十倍，可加工微細(xì)深孔、窄縫。材料適應(yīng)性廣（原則上各種材料均能加工），特別適用于加工特硬、難熔金屬和非金屬材料。非接觸加工，無(wú)工具損耗；無(wú)切削力，加工時(shí)間極短，工件無(wú)變形。加工速度高，切割1mm厚鋼板，速度可達(dá)240mm/min。在真空中加工，無(wú)氧化，特別適于加工高純度半導(dǎo)體材料和易氧化的金屬及合金。加工設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。多用于微細(xì)加工。,.,電子束焊接,焊縫熔深大,熔寬小,焊縫金屬純度高,焊接精度高,可實(shí)現(xiàn)精密微細(xì)焊可進(jìn)行薄材料的精密焊接，又可實(shí)現(xiàn)厚件焊接，但不適于大批量產(chǎn)品所有用其它焊接方法能進(jìn)行熔化焊的金屬及合金都