张宝先进制造技术

制作:张宝（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100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.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3x10－4s，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1.33x10－2～1.33x10－4Pac.控制系统和电源控制系统包括：束流聚焦控制——提高电子束的能量（电磁透镜）束流位置——改变电子束方向（磁偏转）束流强度工作台移动d.应用打孔，加工玻璃、陶瓷、宝石喷丝头异形孔（直径0.03～0.07mm）光刻弯孔Ⅴ离子束加工灼热的灯丝发射电子，在阳极的作用下向下运动。同时受到电磁线圈的作用，变成螺旋运动。氩气从上口注入电离室，在电子的作用下被电离成等离子体。阴极和引出板各有数百个0.3mm的小孔，上下对齐，在引出电板的作用下形成数百条准直离子束打到工件上。应用刻蚀粒子注入加工