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1、第三节第三节 特种加工工艺机械制造工程机械制造工程机械制造工程机械制造工程第五章第五章第五章第五章概 述特种加工的产生l传统的机械加工已有很长的历史，它对传统的机械加工已有很长的历史，它对人类的生产和物质文明起了极大的作用人类的生产和物质文明起了极大的作用l传统的机械加工的本质和特点：传统的机械加工的本质和特点：刀具材料比工件更硬靠机械能切除工件上的多余金属l1943年，前苏联的拉扎林柯夫妇在研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉，于是开创和发明了电火花加工方法，首次摆脱传统的切削加工方法，直接利用电能和热能去除金属，获得了“以柔
2、克刚”的效果。l第二次世界大战后，特别是进入20世纪50年代以来，随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、耐高温、耐高压、大功率、小型化等方向发展，对机械加工提出了下列新要求：解决各种难切削材料的加工问题解决各种难切削材料的加工问题解决各种复杂表面的加工问题解决各种复杂表面的加工问题解决各种超精、光整或具有特殊要求的解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题零件的加工问题l由于传统的机械加工方法基本上无法解决这些问题，于是我们开始探索用软的工具加工硬的材料，不仅利用机械能而且采用电、化学、光、声等能量来进行加工l为区别现有切削加工方法，将上述新加工
3、方法称为特种加工，国外称作非传统加工（NTM, Non-Traditional Machining）或非常规机械加工（NCM, Non-Conventional Machining）特种加工的特点 特种加工的主要特点是：不不是是主主要要依依靠靠机机械械能能，而而是是主主要要采采用用其其它它能能量量（如如电电、化化学学、光光、声声、热热等）等）去除金属材料去除金属材料工具硬度可以低于被加工材料的硬度工具硬度可以低于被加工材料的硬度加工过程中工具和工件之间不存在显加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力著的机械切削力主运动速度一般都很低主运动速度一般都很低加工后表面边缘无毛刺残留加工后表面边
4、缘无毛刺残留特种加工的出现引起了观念的变革提高了材料的可加工性提高了材料的可加工性改变了零件的典型工艺路线改变了零件的典型工艺路线改变试制新产品的模式，缩短试制周期改变试制新产品的模式，缩短试制周期对产品零件的结构设计带来很大的影响对产品零件的结构设计带来很大的影响重新衡量零件结构工艺性的好与坏重新衡量零件结构工艺性的好与坏微细加工和纳米加工的主要手段微细加工和纳米加工的主要手段特种加工的应用l该工艺是根据工业生产和科学技术发展该工艺是根据工业生产和科学技术发展的需要，为解决上述三个方面的问题应的需要，为解决上述三个方面的问题应运而生的，就总体而言，特种加工可以运而生的，就总体而言，特种加工可
5、以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属和非金属材料，且专长于加工复杂、属和非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面和低刚度零件，同时有些方法微细表面和低刚度零件，同时有些方法还可以用以进行超精加工、镜面光整加还可以用以进行超精加工、镜面光整加工和纳米级工和纳米级（原子级，（原子级，0.1nm100nm）加工。加工。（常用特种加工方法见表5-9） 一、电火花加工1电火花加工的基本原理、装置电蚀现象l开关触点开闭时，都会产生一道蓝白色的电弧光。这种弧光放电往往会使接触表面腐蚀得凹凸不平、粗糙发毛以至逐渐损坏。这种金属表面在自激放电作用下所产生的破坏现象称为金属的电蚀
6、。电火花加工的基本原理l电火花腐蚀的主要原因是： 电火花放电时火花通道中瞬时产生大电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度量的热，达到很高的温度（104），足以使任何金属材料局部熔化、气化足以使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。这样，而被蚀除掉，形成放电凹坑。这样，人们在研究抗电腐蚀办法的同时，也人们在研究抗电腐蚀办法的同时，也开始研究利用电腐蚀现象对金属材料开始研究利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工进行尺寸加工电火花加工所形成的表面如图所示l电火花加工的基本原理： 电火花加工的基本原理就是基于工具电火花加工的基本原理就是基于工具和工件和工件（正、负电极）（正
7、、负电极）之间因脉冲放之间因脉冲放电的电腐蚀现象来蚀除多余金属，以电的电腐蚀现象来蚀除多余金属，以达到对零件尺寸、形状及表面质量预达到对零件尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。定的加工要求。 电火花腐蚀是一个物理微观过程，这一微观过程是电场力、磁力、热力、液体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。这一过程大致分为四个连续的阶段：极间介质的电离、击穿，形成放极间介质的电离、击穿，形成放电通道；电通道；介质热分解、电极材料熔化、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀；气化热膨胀；电极材料的抛出；电极材料的抛出；极间介极间介质的消电离质的消电离极间介质的电离、击穿，形成放电通道极间介质的电离、击穿，
8、形成放电通道（1）脉冲电压施加在工具电极与工件之间 两极间立即形成电场：电场强度与电压成正比，与距离成反比 随着极间电压升高或极间距离减小，极间电场强度增大 因工具电极和工件表面凹凸不平，极间电场强度极不均匀，两极间离得最近的突出点或尖端处电场强度最大（2）液体介质中的某些杂质和一些自由电子使介质呈现一定的电导率，并使得极间电场更不均匀 当阴极表面某处电场强度增至105V / mm左右时，就会产生场致电子发射 在电场作用下负电子高速向阳极运动并撞击工作介质中的分子或中性原子，产生碰撞电离 带电粒子雪崩式地增多，介质击穿而形成放电通道（3）雪崩电离开始，到建立放电通道的过程非常迅速，一般为10-
9、710-8s 间隙电阻从绝缘状态迅速下降到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值（几百安），间隙电压迅速下降到火花维持电压（2025V） 由于通道很小，通道中的电流密度高达105106A / cm2（103104A / mm2）（4）放电通道是由数量相等的正、负、中性粒子组成的等离子体 带电粒子对高速运动并相互碰撞，产生大量的热，使通道温度相当高，通道中心温度高达104以上 由于放电电流产生的磁场对电子流产生的向心磁压缩效应和周围介质惯性动力压缩效应，通道的瞬间扩展受到很大阻力，通道内由高温热膨胀形成的初始压力可达数十兆帕 高温高压通道以及气化形成的气体急速扩展，并产生强烈冲击波向四周传播介质
10、热分解、电极材料熔化、气化热膨胀介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀（1）放电通道形成后，脉冲电源使电子高速奔向正极、正离子奔向负极 电能变成动能，动能通过碰撞变成热能 通道内、正极和负极成为瞬时热源，分别达到很高的温度 工作液首先气化，进而热裂分解气化；正负极金属材料熔化、直至沸腾气化 产生热膨胀和局部爆炸（2）气化产生的热膨胀和局部爆炸，使熔化、气化的电极材料抛出蚀除电极材料的抛出电极材料的抛出（1）通道和正负极表面放电点瞬时高温使工作液气化和金属材料熔化、气化，热膨胀产生很高的瞬时压力。气化了的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的“气泡” 气泡上下、内外瞬时压力并不相等，压力高处的熔融金
11、属液体和蒸气被排挤、抛出而进入工作液中（2）由于表面张力和内聚力的作用，抛出的材料具有最小表面积，冷凝后成细小的圆球颗粒（直径0.1300m）（3）熔化和气化了的金属还有一小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上。这在某种条件下可以减少或补偿工具电极的损耗（4）电火花加工过程中所见到的桔红色或蓝白色的火花四溅，即为抛出的金属高温熔滴、小屑（5）材料的抛出是热爆炸力、电动力、流体动力等综合作用的结果极间介质的消电离极间介质的消电离（1）消电离使放电通道的介质中的带电粒子复合为中性粒子，恢复间隙介质的绝缘强度的过程（2）随着脉冲电压结束，脉冲电流迅速下降为零 此次脉冲放电结束 在下一脉冲电压到来前
12、的一段间隔时间里，必须使间隙介质消电离，以免总是在同一处发生放电，保证下一击穿放电通道是在两极相对最近处或电阻率最小处形成（3）加工过程中产生的电蚀产物如不及时清除，就会改变间隙介质的成分和降低绝缘程度，因此两次脉冲放电之间应有足够的脉冲间隔时间。电火花加工的四个连续过程电火花加工的四个连续过程电火花加工的基本条件l必须使工具电极和工件被加工表面之间始终保持一定的很小放电间隙。l火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续时间一般为10-710-3s，放电后需停歇一段时间。l火花放电必须在有一定绝缘性能（103107cm）的液体介质中进行。电火花加工的设备组成l为了进行电火花加工，满足电火花加工条
13、件，可以通过电火花加工系统来实现。电火花加工原理与设备组成电火花加工原理与设备组成CA20数控数控精密精密电火电火花成花成型机型机电火花加工的特点l电火花加工是利用火花放电破坏材料的原理，因此此法可加工任何导电的材料，不受材料硬度、韧性和脆性等限制l加工时，脉冲能量是间歇地以极短的时间作用在材料上，工作液是流动的，起散热作用，被加工工件几乎不受热的影响l加工电极与工件不接触，没有切削力作用的影响，不会因切削力造成零件变形而产生误差l不需要复杂的切削运动，可以加工形状复杂的零件表面l工具就是一个电极，不必采用复杂而昂贵的切削刀具l需要制造精度较高的工具电极，而且工具电极在加工过程中有一定的损耗，
14、在一定程度上影响到加工精度极性效应（影响电火花加工精度和表面质量）l在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应l生产中，通常把工件接脉冲电源的正极时，称为“正极性”加工；反之工件接脉冲电源的负极时，称为“负极性”加工l极性效应的物理阐释：火花放电过程中，火花放电过程中，正、负电极表面分别受到负电子和正离子的正、负电极表面分别受到负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用，两极表面所分配到轰击和瞬时热源的作用，两极表面所分配到的能量不一样，因而熔化、气化抛出的电蚀的能量不一样，因而熔化、气化抛出的电蚀量也不一样。因为量
15、也不一样。因为电子的质量和惯性小电子的质量和惯性小，容，容易获得加速度和速度，在击穿放电的初始阶易获得加速度和速度，在击穿放电的初始阶段就有大量电子奔正极，把能量传递给阳极段就有大量电子奔正极，把能量传递给阳极表面，使电极材料迅速熔化和气化；而表面，使电极材料迅速熔化和气化；而正离正离子则因质量和惯性较大子则因质量和惯性较大，起动和加速较慢，起动和加速较慢，在击穿放电的初始阶段大量的正离子来不及在击穿放电的初始阶段大量的正离子来不及到达阴极表面，到达阴极并传递能量的只有到达阴极表面，到达阴极并传递能量的只有一小部分正离子一小部分正离子l对极性的选择：如上所述，为了减少工具电极的损耗，用短脉冲加
16、工时，电子的轰击作用大于离子，这时工件应接正极；当采用长脉冲加工时，质量和惯性较大的正离子将有足够的时间加速，到达并轰击负极表面的离子数将增多，而正离子质量大，对负极的破坏作用强，故这时工件应接负极。采用窄脉冲精加工时，应选用“正极性”接法；采用长脉冲粗加工时，应选用“负极性”接法，可获得较高的蚀除速度和较低的电极损耗2电火花加工工艺方法分类及其应用l按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可分为电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字等六大类l前五类属成形、尺寸加工，后一类属表面加工方法（参见表5-10）l应
17、用用于机械（特特别别是是模模具具制制造造）、航天航空、电子、电机电器、精密机械、仪器仪表、汽车拖拉机、轻工等行业，解决难加工材料及复杂形状零件加工问题加工范围已达到小至几微米的小轴、孔、缝，大至几米的超大模具和零件目前最常用的为穿孔、加工型腔模、线切割等二、电火花线切割加工电火花线切割加工（wire Cut EDM，简称WEDM）是在电火花加工基础上于20世纪50年代末最早在前苏联发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。其应用广泛，占电加工机床的60%以上1线切割的工作原理与装置其基本原理是利用移动的细金属导线（铜丝或
18、钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形电火花线切割加工机床分为l高速走丝电火花线切割机床（高速走丝电火花线切割机床（WEDMHS）走丝速度为走丝速度为810m/s（我国独创）我国独创）l低速走丝电火花线切割机床（低速走丝电火花线切割机床（WEDMLS）走丝速度低于走丝速度低于0.2m/s（国外多用）国外多用）电火花线切割原理及设备电火花线切割原理及设备（高速走丝）（高速走丝）构成构成低速走丝线切割加工设备组成低速走丝线切割加工设备组成DK77 线切割机床DK77 环保型线切割机床DK7725 数控线切割机床D7132 数控线切割机床CF20数控精密慢走丝线切割机床2线切割加工的应用范围
19、线切割加工的应用范围加工模具：适合各种形状的冲模以及挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等加工电火花成形加工用的电极：加工穿孔用、带锥度型腔加工用的电极等加工零件：各种型孔、特殊凸轮等三、电化学加工 电化学加工概述l电化学加工过程电化学加工过程实验现象实验现象电解液中的电解液中的电化学反应电化学反应定义定义l电电化化学学反反应应：电电解解溶溶液液中中，电电极极金金属属片片和和溶溶液液的的界界面面上上发发生生的的交交换换电电子的反应子的反应l电化学加工：电化学加工：利用电化学作用为基利用电化学作用为基础对金属进行加工的方法础对金属进行加工的方法l电化学加工的分类 按其作用原理分为三类：按其作用原理
20、分为三类：l利利用用电电化化学学阳阳极极溶溶解解来来进进行行加加工工（电电解解加工、电解抛光等）加工、电解抛光等）l利利用用电电化化学学阴阴极极沉沉积积、涂涂覆覆进进行行加加工工（电镀、涂镀、电铸等）（电镀、涂镀、电铸等）l利用电化学加工与其它加工方法相结合利用电化学加工与其它加工方法相结合的复合加工工艺的复合加工工艺（电解磨削等（电解磨削等）1电解加工电解加工原理及其特点l电解加工原理：电解加工原理：利用金属在电解液中的利用金属在电解液中的电化学阳极溶电化学阳极溶 解将工件加工解将工件加工 成形成形电解加工的特点：电解加工的特点：l加工范围广，不受金属材料本身力学性加工范围广，不受金属材料本
21、身力学性能的限制能的限制l生产效率高生产效率高l可以达到较好的表面粗糙度和可以达到较好的表面粗糙度和0.1mm左左右的平均加工精度右的平均加工精度l加加工工过过程程不不存存在在机机械械切切削削力力，不不会会产产生生由由切切削削力力所所引引起起的的残残余余应应力力和和变变形形，没没有飞边毛刺有飞边毛刺l加加工工过过程程中中阴阴极极工工具具在在理理论论上上不不会会耗耗损损，可长期使用可长期使用电解加工的主要弱点和局限性电解加工的主要弱点和局限性l不易达到较高的加工精度和加工稳定性不易达到较高的加工精度和加工稳定性l工具电极的设计和修正比较麻烦工具电极的设计和修正比较麻烦l附附属属设设备备多多，占占
22、地地面面积积大大，机机床床要要抗抗腐腐蚀，造价高蚀，造价高l电解产物易造成环境污染电解产物易造成环境污染选用电解加工工艺的三原则：选用电解加工工艺的三原则：l用于难加工材料用于难加工材料l用于相对复杂形状的零件用于相对复杂形状的零件l用于批量大的零件用于批量大的零件常用电解液的种类l电解液的主要作用电解液的主要作用l作为导电介质传递电流作为导电介质传递电流l在在电电场场作作用用下下进进行行电电化化学学反反应应，使使阳阳极溶解能顺利而有控制地进行极溶解能顺利而有控制地进行l及时将加工间隙所内产生的电解产物及时将加工间隙所内产生的电解产物及热量带走，起更新与冷却作用及热量带走，起更新与冷却作用l对
23、电解液的基本要求对电解液的基本要求l具有足够的蚀除速度具有足够的蚀除速度l具有较高的加工精度和表面质量具有较高的加工精度和表面质量l阳阳极极反反应应的的最最终终产产物物应应是是不不溶溶性性的化合物的化合物l应达到性能稳定、操作安全、对应达到性能稳定、操作安全、对设备腐蚀性小、价格便宜等设备腐蚀性小、价格便宜等l几种常用的电解液几种常用的电解液lNaCl电电解解液液：含含活活性性Cl- - 离离子子，阳阳极极工工件件表表面面不不易易生生成成钝钝化化膜膜，故故蚀蚀除除速速度度高高，而而且且析析氧氧等等副副反反应应，电电流流效效率率高高，加加工工表表面面粗粗糙糙度度值值小小；NaCl是是强强电电解解
24、质质，在在水水溶溶液液中中几几乎乎完完全全电电离离，导导电电能能力力强强；而而且且适适用用范范围围广广，价价格格便便宜宜，货货源源充充足，应用最广。足，应用最广。lNaNO3电解液：电解液：钝化型电解液钝化型电解液杂散杂散腐蚀能力比较腐蚀能力比较用用Nacl加工的结果加工的结果用用NaNO3加工的结果加工的结果lNaClO3电解液：电解液：具有具有钝化特性，散蚀能力钝化特性，散蚀能力小，加工精度高；但小，加工精度高；但使用过程中，使用过程中，Cl- - 离离子会不断增加，电解子会不断增加，电解液有消耗，因此应注液有消耗，因此应注意意Cl- - 离子质量浓度离子质量浓度的变化的变化杂散杂散腐蚀能
25、力比较腐蚀能力比较l电解液中加添加剂电解液中加添加剂l为为减减少少NaCl电电解解液液的的散散蚀蚀能能力力，可可加加入入少少量量的的磷磷酸酸盐盐等等，使使阳阳极极表表面面产产生钝化抑制膜，提高成型精度生钝化抑制膜，提高成型精度l为为了了提提高高NaNO3电电解解液液的的生生产产率率，可添加少量可添加少量NaCll为为改改善善表表面面质质量量，可可添添加加络络合合剂剂、光光亮剂等，如添加亮剂等，如添加NaFl为减轻电解液的腐蚀性，可用缓蚀添为减轻电解液的腐蚀性，可用缓蚀添加剂加剂电解加工工艺及其应用l深孔扩孔加工深孔扩孔加工l型孔加工型孔加工l型腔加工型腔加工l套料加工套料加工l叶片加工叶片加工
26、l电解倒棱去毛刺电解倒棱去毛刺l电解蚀刻电解蚀刻l电解抛光电解抛光l数控展成电解加工数控展成电解加工2电化学机械复合加工电化学机械复合加工 包包括括电电解解磨磨削削、电电解解珩珩磨磨、电电解解研研磨磨等加工工艺。等加工工艺。电解磨削电解磨削是是由由电电解解作作用用和和机机械械磨磨削削作作用用相相结结合合而进行加工的而进行加工的比比电电解解加加工工的的加加工工精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度要好；比机械磨削的生产率高要好；比机械磨削的生产率高与此相近似的工艺还有电解衍磨和电与此相近似的工艺还有电解衍磨和电解研磨解研磨电解磨削原理图电解磨削原理图电解磨削电解磨削加工过程加工过程电解磨削的机理 与电
27、化学阳极溶解类似，不同之处在于与电化学阳极溶解类似，不同之处在于l电电解解加加工工时时阳阳极极表表面面的的钝钝化化膜膜是是靠靠活活性性离离子子进进行行活活化化，或或靠靠很很高高的的电电流流密密度度去去破破坏坏而而使使阳阳极极表表面面不不断断溶溶解解；电电解解磨磨削削时时阳阳极极钝钝化化膜膜是靠砂轮的磨削作用去除而活化的是靠砂轮的磨削作用去除而活化的l电电解解加加工工需需要要压压力力高高、流流量量大大的的液液压压泵泵；而而电解磨削可用冷却润滑用的小型离心泵电解磨削可用冷却润滑用的小型离心泵l电解磨削的形状和尺寸精度由砂轮相对于工电解磨削的形状和尺寸精度由砂轮相对于工件的成形运动来控制，可采用腐蚀
28、能力较弱件的成形运动来控制，可采用腐蚀能力较弱的钝化性电解液的钝化性电解液“中极法”电解磨削当当电电流流密密度度一一定定时时，通通过过的的电电量量与与导导电电面面积积成成正正比比，因因此此应应尽尽可可能能增增加加两两极间的导电面积极间的导电面积当当磨磨削削外外圆圆时时，可可采采用用“中中极极法法”：在在普普通通砂砂轮轮外外附附加加一一中中间间电电极极作作为为阴阴极极，工工件件接接正正极极，砂砂轮轮不不导导电电，电电解解作作用用在在中中间间电电极极和和工工件件之之间间进进行行，砂砂轮轮只只起起刮刮除除钝钝化膜的作用化膜的作用中极法电解磨削中极法电解磨削电解磨削的应用电解磨削的应用l电解磨削集中了
29、电解加工和机械磨削的优电解磨削集中了电解加工和机械磨削的优点，生产中用来磨削高硬度的零件，如各点，生产中用来磨削高硬度的零件，如各种硬质合金刀具、量具、挤压拉丝模具、种硬质合金刀具、量具、挤压拉丝模具、轧辊等；还用来磨削难加工的小孔、深孔、轧辊等；还用来磨削难加工的小孔、深孔、薄壁筒、细长杆零件等；对于复杂型面零薄壁筒、细长杆零件等；对于复杂型面零件，还可采用电解研磨和电解珩磨。件，还可采用电解研磨和电解珩磨。电解电解珩磨珩磨加工加工3电化学阴极沉积工艺l电化学阴极沉积工艺包括电铸、电电化学阴极沉积工艺包括电铸、电镀、表面局部涂镀和复合镀镀、表面局部涂镀和复合镀l该工艺在原理和本质上都是属于电
30、该工艺在原理和本质上都是属于电镀工艺，都和电解相反，是使电镀镀工艺，都和电解相反，是使电镀液中的金属正离子在电场的作用下，液中的金属正离子在电场的作用下，镀覆沉积到阴极上去。但它们之间镀覆沉积到阴极上去。但它们之间也有明显的不同之处。也有明显的不同之处。（各种阴极沉积工艺的比较见表5-12）l由于电镀液中金属离子被消耗，因由于电镀液中金属离子被消耗，因而常常要求阳极的材料与镀液的金而常常要求阳极的材料与镀液的金属离子一致，并且能发生阳极溶解属离子一致，并且能发生阳极溶解的氧化反应而变成离子补充到电解的氧化反应而变成离子补充到电解液中。否则，需要定时对电解液补液中。否则，需要定时对电解液补充溶质
31、充溶质l根据阴极沉积极的不同要求和特点根据阴极沉积极的不同要求和特点分为：电镀、电铸、涂镀分为：电镀、电铸、涂镀（刷镀）（刷镀）和复合镀等和复合镀等电铸原理图电铸原理图涂镀原理图涂镀原理图四、高能束加工1激光束加工激光束加工的工作原理激光束加工的工作原理l光光实质上是一定波长范围内的电磁波实质上是一定波长范围内的电磁波l根据光的量子学说，可以认为光是一种具根据光的量子学说，可以认为光是一种具有一定能量的以光速运动的粒子流有一定能量的以光速运动的粒子流l激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效
32、应来加工各种材料的应来加工各种材料的激光加工原理示意图激光加工原理示意图激光加工的特点激光加工的特点l功功率率密密度度高高达达1081010W/ /cm2，几几乎乎可可加工任何材料加工任何材料l激激光光光光斑斑可可聚聚焦焦到到微微米米级级，输输出出功功率率可可调节，可用于精密微细加工调节，可用于精密微细加工l所所用用工工具具为为激激光光束束，是是非非接接触触加加工工，所所经经没没有有明明显显的的机机械械力力，没没有有工工具具损损耗耗；加工速度快，热影响区小加工速度快，热影响区小l打孔和切割的激光深度受限打孔和切割的激光深度受限l加工装置简单，不需抽真空加工装置简单，不需抽真空l是是一一种种瞬瞬
33、时时的的、局局部部熔熔化化的的、气气化化的的热热加加工工，影影响响因因素素很很多多，因因此此精精度度和和粗糙度难以保证粗糙度难以保证l加工时有金属飞溅物，操作时应戴防加工时有金属飞溅物，操作时应戴防护镜护镜激光加工的应用激光加工的应用l激光打孔激光打孔几乎可在任何材料上打微型孔；几乎可在任何材料上打微型孔；激光打孔的直径可以小到激光打孔的直径可以小到0.01mm以以下，深径比可达下，深径比可达50：1目目前前应应用用于于：火火箭箭发发动动机机和和柴柴油油机机的的燃燃料料喷喷嘴嘴加加工工；化化学学纤纤维维喷喷丝丝板板打打孔孔；钟钟表表及及仪仪表表中中的的宝宝石石轴轴承承打打孔孔；金金刚刚石拉丝模
34、加工等石拉丝模加工等l激光切割激光切割原原理理与与激激光光打打孔孔相相同同，只只是是工工件件与与激激光束有相对移动光束有相对移动可用于各种材料，加工可用于各种材料，加工Y形、十字形形、十字形等型孔及切割窄缝与划线以及雕刻；等型孔及切割窄缝与划线以及雕刻；还能切割无法进行机械接触的工件还能切割无法进行机械接触的工件适宜于切割玻璃、陶瓷和半导体等硬适宜于切割玻璃、陶瓷和半导体等硬脆材料脆材料适宜对细小部件作精密切割适宜对细小部件作精密切割l激光焊接激光焊接激激光光照照射射时时间间短短，焊焊接接过过程程极极为为迅迅速速，它它不不仅仅有有利利于于提提高高生生产产率率、而而且且被被焊焊材材料料不不易易氧
35、氧化化，热热影影响响区区极极小小，适适合合于于对对热敏感很强的晶体管组件焊接热敏感很强的晶体管组件焊接没没有有焊焊渣渣，不不需需去去除除工工件件的的氧氧化化膜膜，甚甚至至可可以以透透过过玻玻璃璃进进行行焊焊接接，适适用用于于微微型型精密仪表中的焊接精密仪表中的焊接不不仅仅能能焊焊接接同同种种材材料料，还还可可焊焊接接不不同同的的材料，甚至可焊接金属与非金属材料材料，甚至可焊接金属与非金属材料 l激光热处理激光热处理激激光光热热处处理理的的过过程程是是将将激激光光束束扫扫射射零零件件表表面面，光光能能量量被被零零件件表表面面吸吸收收迅迅速速升升温温，产产生生相相变变甚甚至至熔熔融融；激激光光束束
36、离离开开零零件件表表面面，零零件件表表面面的的热热量量马马上上向向内部传递以极高的速度冷却内部传递以极高的速度冷却加热快加热快光光束束传传递递方方便便，便便于于控控制制，可可以以对对形形状复杂的零件或局部处进行处理状复杂的零件或局部处进行处理加热点小，散热快，不需冷却介质加热点小，散热快，不需冷却介质激光热处理的弱点是硬化层较浅激光热处理的弱点是硬化层较浅 2电子束加工电子束加工的原理、装置和特点电子束加工的原理、装置和特点l在在真真空空条条件件下下，利利用用聚聚焦焦后后能能量量密密度度极极高高的的电电子子束束，以以极极高高的的速速度度冲冲击击到到工工件件表表面面极极小小的的面面积积上上，在在
37、极极短短的的时时间间内内，其其能能量量大大部部分分转转变变为为热热能能，使使被被冲冲击击部部分分的的工工件件材材料料达达到到几几千千摄摄氏氏度度以以上上的的高高温温，从从而而引引起起材材料料局局部部熔熔化和气化，被真空系统抽走化和气化，被真空系统抽走l通过控制通过控制电子束能电子束能量密度的量密度的大小和能大小和能量注入的量注入的时间，就时间，就可以达到可以达到不同的加不同的加工目的工目的电子束加工装置：电子束加工装置：由电子枪、真空系由电子枪、真空系 统、控制系统和电源等部分组成统、控制系统和电源等部分组成电子束加工的特点电子束加工的特点l是精密微细加工方法，加工面积可很小是精密微细加工方法
38、，加工面积可很小l是是一一种种非非接接触触式式加加工工，工工件件不不受受机机械械力力作作用，不产生宏观应力和变形用，不产生宏观应力和变形l加工材料范围很广加工材料范围很广l电子束能量密度高，生产率很高电子束能量密度高，生产率很高l加工过程可以自动化加工过程可以自动化l污染少，加工表面不氧化污染少，加工表面不氧化l需要一整套专用设备和真空系统，价格较需要一整套专用设备和真空系统，价格较贵，应用有一定的局限性贵，应用有一定的局限性电子束加工的应用电子束加工的应用 按其功率密度和能量注入时间的不同，可按其功率密度和能量注入时间的不同，可用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和用于打孔、切割、蚀刻、焊接、
39、热处理和光刻加工等光刻加工等高速打孔高速打孔l最小直径可达最小直径可达0.003 mm左右左右l电子束还能加工小深孔电子束还能加工小深孔（深径比（深径比10:1）l可加工玻璃、陶瓷、宝石等脆性材料可加工玻璃、陶瓷、宝石等脆性材料加工型孔及特殊表面加工型孔及特殊表面l如加工喷丝头异型孔、复杂型面、锥孔、如加工喷丝头异型孔、复杂型面、锥孔、斜孔，甚至加工弯孔和曲面斜孔，甚至加工弯孔和曲面刻蚀刻蚀l将将陶陶瓷瓷或或半半导导体体材材料料刻刻出出许许多多微微细细沟沟槽槽和和孔来，以制造多层固体组件孔来，以制造多层固体组件l还可用于制板还可用于制板加工喷丝头加工喷丝头异形孔异形孔加工曲面加工曲面加工弯孔加
40、工弯孔焊接焊接l利利用用电电子子束束作作为为热热源源。当当高高能能量量密密度度的的电电子子束束连连续续不不断断地地轰轰击击焊焊件件表表面面时时，焊焊件件接接头头处处的的金金属属熔熔融融成成毛毛细细管管状状的的熔熔池池，焊焊件件如如果果按按一一定定速速度度移移动动，则则接接缝缝上上的的熔熔池池重重新凝固而形成焊缝新凝固而形成焊缝l电电子子束束焊焊接接的的焊焊缝缝深深而而窄窄，焊焊件件热热影影响响区区小小，变变形形小小；不不用用焊焊条条，焊焊接接过过程程在在真真空空中中进进行行，焊焊缝缝化化学学成成分分纯纯净净，焊焊接接强强度度往往往高于母材往高于母材l可可焊焊难难熔熔金金属属，也也可可焊焊化化学
41、学性性能能活活泼泼的的金金属属，能能焊焊普普通通合合金金，还还能能实实现现异异种种金金属属的的焊焊接接；可可焊焊接接很很薄薄的的工工件件，也也可可焊焊接几百毫米厚的工件接几百毫米厚的工件l可以在工件精加工后进行焊接；可以将可以在工件精加工后进行焊接；可以将复杂工件分成几个零件单独用合适材料、复杂工件分成几个零件单独用合适材料、合适方法制造，最后用电子束焊接成一合适方法制造，最后用电子束焊接成一个整体零部件个整体零部件热处理热处理l利利用用电电子子束束作作为为热热源源，但但适适当当控控制制电电子子束束的的功功率率密密度度，使使金金属属表表面面加加热热而而不不熔熔化化，达到热处理的目的达到热处理的
42、目的l电电子子束束热热处处理理的的加加热热速速度度和和冷冷却却速速度度都都很很快快，能能获获得得一一种种超超细细晶晶粒粒组组织织；还还可可在在熔熔化化区区添添加加元元素素，使使金金属属表表面面形形成成一一层层很很薄薄的新的合金层，获得更好的物理力学性能的新的合金层，获得更好的物理力学性能l与与激激光光热热处处理理比比较较，电电子子束束热热处处理理电电热热转转换效率高，无材料氧化，功率可大换效率高，无材料氧化，功率可大光刻光刻l电子束光刻是先利用低功率密度的电子束电子束光刻是先利用低功率密度的电子束照射称为电致抗蚀剂的高分子材料，由入照射称为电致抗蚀剂的高分子材料，由入射电子与高分子相碰撞，使分
43、子的链被切射电子与高分子相碰撞，使分子的链被切断或重新聚合而引起分子量的变化，这一断或重新聚合而引起分子量的变化，这一步骤称为电子束曝光；然后将它浸入适当步骤称为电子束曝光；然后将它浸入适当的溶剂中显影；再将其与离子束刻蚀或蒸的溶剂中显影；再将其与离子束刻蚀或蒸镀工艺结合，就能在金属掩膜或材料表面镀工艺结合，就能在金属掩膜或材料表面上制出图形来上制出图形来3离子束加工离子束加工离子束加工的原理、分类及特点离子束加工的原理、分类及特点l离子束加工的原理：和电子束加工类似，和电子束加工类似，也是将离子源产生的离子束经过加束聚焦，也是将离子源产生的离子束经过加束聚焦，使之打到工件表面。离子带正电荷，
44、其质使之打到工件表面。离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，一旦离子加速量比电子大数千、数万倍，一旦离子加速到较高速度时，离子束比电子束具有更大到较高速度时，离子束比电子束具有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量，的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能来加工的而不是靠动能转化为热能来加工的l离子束加工的物理基础：是是离离子子束束射射到到材材料料表表面面时时所所发发生生的的撞撞击击效效应应、溅溅射效应和注入效应射效应和注入效应撞撞击击效效应应、溅溅射射效效应应：具具有有一一定定动动能能的的离离子子斜斜射射到到工工件件材材料料表表面面时时将将表表面面原子撞击出来的效应
45、原子撞击出来的效应注入效应：注入效应：当离子能量足够大并垂直当离子能量足够大并垂直工件表面撞击时离子钻进工件表面的工件表面撞击时离子钻进工件表面的效应效应l离子束加工的分类离子束加工的分类离子刻蚀：用用能能量量为为0.55keV的的氩氩离离子子轰轰击击工工件件，将将工工件件表表面面的的原原子子逐逐个个剥离剥离离子溅射沉积：用用能能量量为为0.55keV的的氩氩离离子子轰轰击击某某种种材材料料制制成成的的靶靶，离离子子将将靶靶材材原原子子击击出出，沉沉积积在在靶靶材材附附近近的的工件上，使工件表面镀上一层薄膜工件上，使工件表面镀上一层薄膜离子镀（离离子子溅溅射射辅辅助助沉沉积积）：用用能能量量为
46、为 0.55keV的的氩氩离离子子同同时时轰轰击击靶靶材材和工件表面和工件表面离子注入：用能量为用能量为5500keV的离子的离子束直接轰击被加工材料，离子钻进被束直接轰击被加工材料，离子钻进被加工材料的表面层加工材料的表面层离子蚀除离子蚀除溅射沉积溅射沉积离子镀离子镀离子注入离子注入l离子束加工的特点离子束加工的特点离离子子束束可可以以通通过过电电子子光光学学系系统统进进行行聚聚焦焦扫扫描描，离离子子束束流流密密度度及及离离子子能能量量可可以以精精确确控控制制，所所以以离离子子刻刻蚀蚀可可以以达达到到0.001m级级的的加工精度。它是纳米加工技术的基础加工精度。它是纳米加工技术的基础加加工工
47、在在真真空空中中进进行行，污污染染少少，适适用用于于高高纯纯度材料的加工度材料的加工微微观观作作用用、宏宏观观压压力力很很小小，加加工工应应力力、热热变变形形等等极极小小，适适合合各各种种材材料料和和低低刚刚度度零零件件的加工，加工质量高的加工，加工质量高加工设备费用贵、成本高，加工效率低加工设备费用贵、成本高，加工效率低离子束加工装置及应用离子束加工装置及应用l离离子子束束加加工工装装置置包包括括离离子子源源、真真空空系系统、控制系统和电源等部分统、控制系统和电源等部分l离子源常用的有考夫曼型离子源和双离子源常用的有考夫曼型离子源和双等离子管型离子源等离子管型离子源考夫曼型离子源考夫曼型离子
48、源考夫曼型离子源考夫曼型离子源双等离子体型离子源双等离子体型离子源l 离子束加工的应用刻蚀加工l通通过过撞撞击击溅溅射射从从工工件件上上去去除除材材料料的的过程过程离子束加工离子束加工非球面透镜原理非球面透镜原理镀膜加工l分为溅射沉积和离子镀两种分为溅射沉积和离子镀两种l离子镀膜附着力强、膜层不易脱落离子镀膜附着力强、膜层不易脱落l离离子子镀镀用用于于镀镀制制润润滑滑膜膜、耐耐热热膜膜、耐磨膜、装饰膜、电气膜等耐磨膜、装饰膜、电气膜等l离离子子镀镀膜膜代代替替镀镀硬硬铬铬，可可减减少少镀镀铬铬公害公害l用用离离子子镀镀在在刀刀具具表表面面镀镀氮氮化化钛钛、碳碳化钛等超硬层，可提高刀具耐用度化钛
49、等超硬层，可提高刀具耐用度离子注入加工l向工件表面直接注入任何离子，注向工件表面直接注入任何离子，注入量可精确控制入量可精确控制l应用于半导体改变导电型式和制造应用于半导体改变导电型式和制造P-N结，成为制作半导体器件和大结，成为制作半导体器件和大面积集成电路的重要手段面积集成电路的重要手段l离子注入可提高材料的耐腐蚀性能、离子注入可提高材料的耐腐蚀性能、改善金属材料的硬度、改善材料的改善金属材料的硬度、改善材料的润滑性能润滑性能l离子注入可以制造光波导离子注入可以制造光波导五、超声波加工1超声波加工的原理与特点超声波加工的原理与特点超声波的产生超声波的产生l人耳能感受到的声波频率在人耳能感受
50、到的声波频率在1616000Hz范围内。频度超过范围内。频度超过16000Hz的声波称为的声波称为超声波超声波l超声波是由压电晶片超声波是由压电晶片（如石英、钛酸钡（如石英、钛酸钡等）等）的逆压电效应产生的的逆压电效应产生的l超声波能传递很强的能量超声波能传递很强的能量l当超声波经过液体介质传播时，将以当超声波经过液体介质传播时，将以极高的频率压迫液体质点振动，在液极高的频率压迫液体质点振动，在液体介质中连续地形成压缩和稀疏区域，体介质中连续地形成压缩和稀疏区域，由于液体基本上不可压缩，由此产生由于液体基本上不可压缩，由此产生压力正、负交变的压力正、负交变的液压冲击液压冲击和和空化现空化现象象
51、，从而，从而引起固体物质分散、破碎等引起固体物质分散、破碎等效应效应超声波加工的基本原理超声波加工的基本原理l超超声声加加工工是是利利用用工工具具端端面面作作超超声声振振动动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的通过磨料悬浮液加工脆硬材料的l超超声声加加工工是是磨磨粒粒在在超超声声振振动动作作用用下下的的机机械械撞撞击击和和抛抛磨磨作作用用以以及及超超声声空空化化作作用用的的综合结果，磨粒的撞击作用是主要的综合结果，磨粒的撞击作用是主要的l超声加工是基于局部撞击作用，因此越超声加工是基于局部撞击作用，因此越是脆硬的材料，越易进行超声加工。而是脆硬的材料，越易进行超声加工。而选择工具材料时则应使之既能撞
52、击磨抛，选择工具材料时则应使之既能撞击磨抛，又不致使自身受到破坏又不致使自身受到破坏超声加工原理图超声加工原理图超声波加工的特点超声波加工的特点l适适合合加加工工各各种种硬硬脆脆材材料料，特特别别是是不不导导电的非金属材料电的非金属材料l工工具具的的工工件件无无需需复复杂杂的的相相对对运运动动，超超声加工机床结构简单声加工机床结构简单l工件表面宏观切削力很小，切削应力、工件表面宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形和烧伤，切削热很小，不会引起变形和烧伤，表面粗糙度较好，而且可加工薄壁、表面粗糙度较好，而且可加工薄壁、窄缝、低刚度零件窄缝、低刚度零件2超声波加工的装置构成及关键部件l
53、超声加工设备包括超声发生器、超声超声加工设备包括超声发生器、超声振动系统、机床本体和磨料工作液循振动系统、机床本体和磨料工作液循环系统环系统CSJ-2型型超声加工机床超声加工机床3超声波加工的应用 超声加工的生产率比电火花、电解加超声加工的生产率比电火花、电解加工低，但加工精度和表面粗糙度要好，工低，但加工精度和表面粗糙度要好，而且能加工半导体、非导体的脆硬材而且能加工半导体、非导体的脆硬材料如玻璃、石英、宝石甚至金刚石等；料如玻璃、石英、宝石甚至金刚石等；即使电火花加工后的一些淬火钢、硬即使电火花加工后的一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模具等，质合金冲模、拉丝模、塑料模具等，最后还常用
54、超声抛磨进行光整加工最后还常用超声抛磨进行光整加工型孔、型腔加工 主要用主要用于对脆于对脆硬材料硬材料加工圆加工圆孔、型孔、型孔、型孔、型腔、套腔、套料、微料、微细孔等细孔等加工圆孔、型腔加工圆孔、型腔加工异形孔、套料加工、加工微细孔加工异形孔、套料加工、加工微细孔切割加工 用普通机用普通机械加工切械加工切割脆硬的割脆硬的半导体材半导体材料很困难，料很困难，采用超声采用超声切割较为切割较为有效有效超声切割超声切割单晶硅片单晶硅片成批切槽刀具成批切槽刀具切割成的切割成的陶瓷模块陶瓷模块复合加工用超声加用超声加工与其它工与其它加工方法加工方法相结合进相结合进行复合加行复合加工，以提工，以提高加工速
55、高加工速度和表面度和表面质量质量超声电解超声电解复合加工小孔复合加工小孔手携式电解超声手携式电解超声复合抛光原理图复合抛光原理图超声波切割金刚石超声波切割金刚石超声振动超声振动切削加工切削加工超声清洗超声清洗l超超声声清清洗洗原原理理：主主要要基基于于超超声声振振动动在在液体中产生的交变冲击波和空化作用液体中产生的交变冲击波和空化作用l超超声声清清洗洗液液：汽汽油油、煤煤油油、酒酒精精、丙丙酮、水酮、水l应用：应用：清洗喷油嘴、喷丝板、微型轴清洗喷油嘴、喷丝板、微型轴承、仪表齿轮、手表机芯、印刷电路承、仪表齿轮、手表机芯、印刷电路板、集成电路微电子器件等板、集成电路微电子器件等四槽式超声波气相
56、清洗机简图四槽式超声波气相清洗机简图六、快速成形技术l快速成形技术快速成形技术（Rapid Protoyping 简称简称RP），），又叫快速原模成型、增材制造、叠层制又叫快速原模成型、增材制造、叠层制造或分层制造，其基本思想都是基于将复杂造或分层制造，其基本思想都是基于将复杂的三维实体或壳体，作有限的二维离散细化的三维实体或壳体，作有限的二维离散细化分层。制造中，先将底层的二维图形（数控）分层。制造中，先将底层的二维图形（数控）制造完毕后，在向三维进给一定厚度，继续制造完毕后，在向三维进给一定厚度，继续制造后一层，而前后两层又是结合在一起的，制造后一层，而前后两层又是结合在一起的，从而达到三
57、维制造；这是牛顿微分思想在制从而达到三维制造；这是牛顿微分思想在制造中的具体应用和体现造中的具体应用和体现 l快速成形技术主要用于原模制造、零快速成形技术主要用于原模制造、零件仿制。件仿制。 它是它是20世纪世纪80年代后发展起年代后发展起来的先进制造技术，主要依托数控技来的先进制造技术，主要依托数控技术的发展，综合了机械工程、术的发展，综合了机械工程、CAD、数控技术、激光及材料科学技术，可数控技术、激光及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进接制造零件，
58、从而可以对产品设计进行快速评估、修改及功能试验，大大行快速评估、修改及功能试验，大大缩短了产品的研制周期缩短了产品的研制周期SL工艺是基于液态光敏树脂材料在波工艺是基于液态光敏树脂材料在波长为长为325nm，功率为功率为30mW的紫外激的紫外激光的照射下能迅速发生光聚合反应，光的照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转分子量急剧增大，材料也就从液态转变为固态的原理工作的。变为固态的原理工作的。SL工艺精度高，能达到甚至工艺精度高，能达到甚至0.1mm。1光敏树脂液相固化成形SL（Stereo Lithography）光敏光敏树脂树脂液相液相固化固化特点特点l精度高精度高l表
59、面质量好表面质量好l原材料利用率将近原材料利用率将近100%l能制造形状复杂、特别精细的零件能制造形状复杂、特别精细的零件l制作出来的原型件，可快速翻制各制作出来的原型件，可快速翻制各种模具种模具成形成形材料材料l光固化材料中主要包括齐聚物、反光固化材料中主要包括齐聚物、反应性稀释剂及光引发剂应性稀释剂及光引发剂l根据引发剂的引发原理，光固化树根据引发剂的引发原理，光固化树脂可以分为脂可以分为自由基光固化树脂自由基光固化树脂阳离子光固化树脂阳离子光固化树脂混杂型光固化树脂混杂型光固化树脂成形原理成形原理l选择性粉末激光烧结又称为选区激光选择性粉末激光烧结又称为选区激光烧结烧结lSLS利用金属、
60、非金属的粉末材料在利用金属、非金属的粉末材料在激光照射下，烧结热熔成形，在计算激光照射下，烧结热熔成形，在计算机控制下层层堆积成三维实体机控制下层层堆积成三维实体 2选择性激光粉末烧结成形SLS （Selected Laser Sintering）SLS工作工作原理图原理图工艺特点工艺特点l材料适应面广，不仅能制造塑料零材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、石蜡等材料的件，还能制造陶瓷、石蜡等材料的零件；特别是可直接制造金属零件零件；特别是可直接制造金属零件l无需加支撑，可烧结制造空心、多无需加支撑，可烧结制造空心、多层缕空的复杂零件层缕空的复杂零件成形材料成形材料l蜡粉、高分子塑料
61、粉、陶瓷粉末、蜡粉、高分子塑料粉、陶瓷粉末、金属粉末、陶瓷和金属的复合粉金属粉末、陶瓷和金属的复合粉SLS的设备的设备l由工作平台、铺粉机构、集粉箱、激由工作平台、铺粉机构、集粉箱、激光器、光束合成器、指示光源、扫描光器、光束合成器、指示光源、扫描器、扩束聚焦系统、通风除尘装置等器、扩束聚焦系统、通风除尘装置等SLS的应用的应用l直接制作功能件，用作结构验证和功直接制作功能件，用作结构验证和功能测试，并可用于装配样机能测试，并可用于装配样机l可制作蜡模、砂型、型芯，然后快速可制作蜡模、砂型、型芯，然后快速翻制各种模具翻制各种模具lLOM又称为叠层实体制造、分层实体又称为叠层实体制造、分层实体制
62、造、纸片叠层法，制造、纸片叠层法，1986年开发成功年开发成功l利用激光切割与粘合工艺相结合，用激利用激光切割与粘合工艺相结合，用激光将涂有热熔胶的纸质、塑料薄膜等片光将涂有热熔胶的纸质、塑料薄膜等片材按照材按照CAD分层模型轨迹切割成形，然分层模型轨迹切割成形，然后通过压辊热热压，使其与下层的已成后通过压辊热热压，使其与下层的已成形工件粘结，从而堆积成型形工件粘结，从而堆积成型 3薄片分层叠加成形LOM（Laminated Object Manufacturing）薄片薄片分层分层叠加叠加成形成形原理原理工艺特点工艺特点l只需在片材上切割出零件截面的轮只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用
63、扫描整个截面廓，而不用扫描整个截面l易于制造大型零件，无需专用支承易于制造大型零件，无需专用支承l零件精度较高零件精度较高成形材料成形材料l常用成卷的纸、塑膜等常用成卷的纸、塑膜等 LOM的设备的设备l由激光系统、走纸杨柳、扫描机构、由激光系统、走纸杨柳、扫描机构、升降机构、加热辊等升降机构、加热辊等LOM的应用的应用l制作汽车发动机曲轴、连杆、各类箱制作汽车发动机曲轴、连杆、各类箱体、盖板等零部件的原形样件体、盖板等零部件的原形样件 成形原理成形原理l熔丝堆积成形产生于熔丝堆积成形产生于1988年年l熔丝堆积成形工艺是利用热塑性材熔丝堆积成形工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控料
64、的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成型制下层层堆积成型 4熔丝堆积成形FDM（Fused Deposition Modeling）FDM工艺原理图工艺原理图工艺特点工艺特点l操作使用和维护简单、成本较低、操作使用和维护简单、成本较低、不需用激光加热设备；但需要辅助不需用激光加热设备；但需要辅助支承材料支承材料常用材料常用材料l成形材料为成形材料为ABS工程塑料工程塑料l支撑材料应与成形材料无亲和性支撑材料应与成形材料无亲和性 FMD设备设备l国产设备国产设备FMD应用应用l成形任意成形任意复杂程度复杂程度的零件的零件l常用于复常用于复杂内腔、杂内腔、孔等孔等MEM-250-IIFDM设备设备快速快速成形成形制作制作实例实例返返回回
