张宝先进制造技术

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1、1.面向21世纪的先进制造系统与技术制作:张宝3.超精密加工技术（1）概述超精密加工指尺寸精度0.1um～0.01um，Ra：0.025um～0.01um，包括：金刚石刀具超精密车削、超精密磨料加工、超精密特种加工和复合加工、超精密测量。目前，正在朝纳米级工艺水平发展。加工对象：激光聚焦腔、高密度磁盘、磁鼓、雷达、陀螺、IC相关技术加工技术：方法和机理材料技术：工具材料和工件材料加工设备：精度、刚度、稳定性、自动化测量及误差补偿技术：环境：温度1℃～0.02℃甚至0.0005℃湿度55～60％，洁净度1000级～100级10

2、0指每立方英尺空气中大于0.5um的尘埃≤100个（2）超精密切削加工超精密铣床关键部件：高精度主轴、低摩擦高平稳性滑台。主轴采用气体静压支撑，滑台采用气体静压系统支撑超精密金刚石车床主轴采用气体静压轴承，轴向和径向运动误差≤50nm，滑台采用高刚性、高阻尼和高稳定性的液体静压支撑。（3）超精密磨削和磨料加工超精密砂轮磨削技术：加工精度0.1um，表面粗糙度Ra0.025um砂轮，CBN磨料，砂轮线速度60m/s以上，工件进给速度5m/min以上超精密砂带磨削技术：切削速度35m/min，表面粗糙度Ra0.043um双端面精

3、密磨削技术：为平面磨削，工件既公转又自传，磨料粒度3000～8000，用于磁盘基片等零件的超精密加工。电泳磨削技术电泳：带电粒子在电场中向与自身带电相反的电极运动的现象。机理：在加工过程中，磨粒在电场力的作用下向磨具表面运动，并在磨具表面沉积形成一层细磨粒吸附层，利用该吸附层对工件进行磨削加工，同时新的磨粒又不断补充，使磨粒微刃保持锋利。如果磨粒表面凹凸不平，凹陷处电流大，新磨粒更容易在凹陷处沉积，从而保证沉积层平整。超精密研磨与抛光技术（a）超精密研磨技术精度0.1um，Ra≤0.02um用于：块规、球面空气轴承、半导体硅

4、片、光学镜头。（b）电解研磨（电化学机械）（4）超精密特种加工激光、电子束、离子束（三束）、微细EDM，用于IC芯片刻线，0.1um线芯。Ⅰ电化学加工技术a.原理－阳极溶解原理NaCl＝Na＋＋Cl－H2O＝H++OH－阳极可能发生的电化学反应若阳极为Fe，在外电源的作用下放出3个（或2个）电子，形成三价或二价的铁离子Fe-2eFe2＋E=-0.59VFe-3eFe3＋E=-0.323V4OH－－4e＝O2E=0.867V2Cl－－2e＝Cl2E=1.334V根据电极反应的基本原理，电极电位最负的物质首先在阳极反应。因此，在

5、阳极首先Fe2＋溶解，最大可能出现Fe3＋。Fe2＋与OH－化合形成氧化亚铁（绿色絮状物）Fe2＋＋2OH－＝Fe(OH)2Fe(OH)2被空气中的O2氧化成氢氧化铁黄褐色沉淀物4Fe(OH)2＋2H2O＋O2＝4Fe(OH)3阴极上可能发生的反应2H＋＋2eH2E=-0.42VNa＋＋eNaE=-2.69V据电极反应原理，在阴极上电极电位最高的物质先反应，因此，在阴极上全析出氢气。电化学加工原理图b.电化学加工设备示意图1－直流电源9－24V2－工具阴极3－工具阳极4－电解液泵5－电解液c.应用枪炮的来复线飞机发动机叶片d

6、.电化学抛光原理：阳极溶解用途：表面光整加工电极与工件距离几十到几百毫米，电流密度小，表面微观不平引起电场畸变，凸凹处电力线密度大场强大首先溶解，达到表面平整的目的。关键：电解液的配方，电参数，温度。e.电化学机械光整加工原理：阳极溶解＋机械切削使用钝性电解液NaNO3阳极溶解后会在工件上形成钝化膜，阻止进一步溶解砂条用机械力刮掉钝化膜，露出新鲜金属，促使进一步阳极溶解。电化学机械抛光轧辊f.ELID磨削砂轮在线修整工艺Ⅱ超声波加工a.原理利用工具端面做超声振动，通过磨料悬浮工作液加工硬脆材料超声波1.6KHz左右，纵波。组

7、成：（1）电源：提供高变电压的能量（2）换能器：将交变电压变换成机械振动（3）变幅杆：将换能器输出的振动放大到振幅，振幅0.05－0.1mm（4）工具：钛合金（5）磨粒悬浮工作液（6）工件：硬脆材料，玻璃陶瓷等超声波机床b.关键技术：变幅杆c.用途不导电的硬脆材料加工，微细加工超声波焊接，食品，医药，塑料制品超声波复合加工：超声波车削、磨削、挤压，超声波电火花Ⅲ激光加工a.激光的产生：处于基态E1的钕离子吸收氙灯的很高范围的光谱而被激发到E4能级，在E4能级的寿命很短。通过无辐射跃迁到E3能级，E3能级寿命较长达到3x10－

8、4s，形成了E3和E2能级的粒子数反转，当E3能级粒子回到E2能级时发出波长为1.06um的红外激光。此红外线照射工作物质又是更多的E3能级的粒子跃迁到E2。b.应用打孔切割焊接热处理Ⅳ电子束加工a.电子枪系统获得电子束包括发射阴极，控制栅极和加速阳极b．真空系统维持1.33x10－2～1