高能束及复合加工技术
特种加工论文
特种加工技术的现代应用及其发展研究摘要：特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光化学能或者复合能实现材料切削的加工方法，是难切削材料、复杂型面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。
本文介绍了概念、特点、分类以及近些年应用于特种加工的一些新方法、新工艺。
关键词：特种加工电火花加工电化学加工高能束流加工超声波加工复合加工1、特种加工技术的特点现代特种加工（SP，SpciaI Machining）技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现材料切除的加工方法。
与常规机械加工方法相比它具有许多独到之处。
1.1以柔克刚。
因为工具与工件不直接接触，加工时无明显的强大机械作用力，故加工脆性材料和精密微细零件、薄壁零件、弹性元件时，工具硬度可低于被加工材料的硬度。
1.2用简单运动加工复杂型面。
特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面。
特种加工技术已成为复杂型面的主要加工手段。
1.3不受材料硬度限制。
因为特种加工技术主要不依靠机械力和机械能切除材料，而是直接用电、热、声、光、化学和电化学能去除金属和非金属材料。
它们瞬时能量密度高，可以直接有效地利用各种能量，造成瞬时或局部熔化，以强力、高速爆炸、冲击去除材料。
其加工性能与工件材料的强度或硬度力学性能无关，故可以加工各种超硬超强材料、高脆性和热敏材料以及特殊的金属和非金属材料，因此，特别适用于航空产品结构材料的加工。
1.4可以获得优异的表面质量。
由于在特种加工过程中，工件表面不产生强烈的弹、塑性变形，故有些特种加工方法可获得良好的表面粗糙度。
热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切削表面小。
各种加工方法可以任意复合，扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。
由于特种加工技术具有其它常规加工技术无法比拟的优点，在现代加工技术中，占有越来越重要的地位。
许多现代技术装备，特别是航空航天高技术产品的一些结构件，如工程陶瓷、涡轮叶片、燃烧室的三维型腔、型孔的加工和航空陀螺、传感器等精细表面尺寸精度达0. 001Pm 或纳米（nm）级精度，表面粗糙度#$ <0. 01Pm 的超精密表面的加工，非采用特种加工技术不可。
超精密加工技术结课作业
超精密加工技术结课作业摘要超精密加工技术是现代机械制造业中先进制造技术最主要的发展方向，已经成为在全球市场竞争中取胜的关键技术，体现了一个国家的综合国力。
超精密加工技术已直接影响到一个国家尖端科技和国防工业的发展，发展国防航空工业，研发高端精密仪器设备等都需要具有超精密加工技术的制造设备。
同时超精密加工技术也代表了现代制造技术的前沿，是发展未来先进制造技术的基础，因此，发展超精密加工技术受到了世界各国的高度重视。
目前，超精密加工技术的发展趋势是：高精度、高效率、高稳定性、高自动化。
随着时代的发展，现在超精密加工技术日趋成熟，主要分为超精密切削、超精密磨削、超精密特种加工等。
虽然超精密加工迄今尚无确切的定义，但是它仍然在向更高的层次发展。
我相信在人类的创新思维以及先进制造模式的促进下，超精密技术必定会得到不断的完善。
关键词：先进制造技术超精密加工加工精度加工类型发展趋势1概述通常，按加工精度划分，机械加工技术可分为一般加工、精密加工、超精密加工三种，随着时代的发展和社会的进步，先进制造技术不断革新，超精密加工技术的发展已是社会所趋。
超精密加工技术，在现代机械制造业中占据着重要地位，在提高机械产品的性能、质量，提高其稳定性和可靠性，提高生产效率等方面发挥着至关重要的作用。
超精密加工是一个十分广泛的加工领域，它包括了所有能使零件的形状、位置和尺寸精度达到微米和亚微米范围的机械加工方法，一般主要指加工精度为0.1µm，表面粗糙度小于Ra0.01µm的加工方法，同时目前超精密加工也正在向纳米级加工技术发展。
目前，超精密加工的核心技术主要掌握在西方发达国家手中，在超精密加工技术领域处于领先地位的国家主要是美国、英国和日本。
美国是开始超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今在超精密加工仍处于领先地位的国家。
英国的克兰菲尔德精密工程研究所在超精密加工方面的研究成果也是享誉全球，是当今世界上超精密工程的研究中心之一。
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术（EBW）是一种先进的焊接方法，它利用高速电子束来熔化和连接金属材料。
这种焊接技术具有高能量密度、高焊接速度、优质的焊接效果和适用于各种金属材料等优点，因此在航空航天、汽车制造、核工业和电子行业等领域得到了广泛的应用。
本文将从高能束焊接技术的发展历程和原理、应用领域、优势和挑战等方面进行介绍。
一、高能束焊接技术的发展历程和原理高能束焊接技术最早是在20世纪50年代发展起来的，最初是用于核工业和航天航空领域。
1958年，美国杜邦公司开发出了第一台商用的电子束焊接机，这标志着电子束焊接技术开始走向工业化生产。
高能束焊接技术通过电子枪产生高速电子束，电子束击中工件表面时，产生的能量将工件表面瞬间加热到熔化温度，然后通过电子束辐照区域产生高温熔池，从而实现熔化和连接金属材料的目的。
高能束焊接技术的原理是利用高速电子束的能量瞬间加热金属材料，使其熔化并形成熔池，然后利用合适的焊接工艺来实现金属材料的连接。
与传统的焊接方法相比，高能束焊接技术具有能量密度高、焊接速度快、热影响区小、热输入低等优点，因此可以实现高质量的焊接效果。
二、高能束焊接技术的应用领域高能束焊接技术在航空航天、汽车制造、核工业和电子行业等领域得到了广泛的应用。
在航空航天领域，高能束焊接技术被广泛应用于飞机结构件、发动机零部件、航天器壳体等关键部件的焊接，以提高焊接质量和生产效率。
在汽车制造领域，高能束焊接技术通常应用于汽车车身焊接、汽车零部件焊接等工艺环节，以提高焊接强度和减少成本。
在核工业领域，高能束焊接技术被用于核反应堆压力容器、核燃料元件等核设备的焊接，以保证核设备的安全可靠性。
在电子行业领域，高能束焊接技术通常应用于电子器件的微细焊接和包装，以提高器件的性能和可靠性。
高能束焊接技术相对传统焊接方法有很多优势，主要包括以下几点：1. 高能量密度：高能束焊接技术的能量密度很高，可以实现瞬间加热和快速熔化金属材料，从而提高焊接速度和效率。
浅谈特种加工技术及其应用(论文)
浅谈特种加工技术及其应用(论文)摘要:介绍特种加工技术的概念、特点、分类,探索电火花加工、复合加工等方面的实际应用与研究发展趋势。
关键词:技术特点;技术种类;发展趋势一、概述传统的机械加工技术对推动人类的进步和社会的发展起到了重大的作用。
随着科学技术的迅速发展,新型工程材料不断涌现和被采用,工件的复杂程度以及加工精度的要求越来越高,对机械制造工艺技术提出了更高的要求。
二、特种加工技术的特点(一)加工范围上不受材料强度、硬度等限制。
特种加工技术主要不依靠机械力和机械能去除材料,而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、热等)去除金属和非金属材料,完成工件的加工。
故可以加工各种超强硬材料、高脆性及热敏材料以及特殊的金属和非金属材料。
(二)以柔克刚。
特种加工不一定需要工具,有的虽使用工具,但与工件不接触,加工过程中工具和工件间不存在明显的强大机械切削力,所以加工时不受工件的强度和硬度的制约,在加工超硬脆材料和精密微细零件、薄壁元件、弹性元件时,工具硬度可以低于被加工材料的硬度。
(三)加工方法日新月异,向精密加工方向发展。
当前已出现了精密特种加工,许多特种加工方法同时又是精密加工方法、微细加工方法,如电子束加工、离子束加工、激光束加工等就是精密特种加工:精密电火花加工的加工精密度可达微米级0.5～1um,表面粗糙度可达镜面Ra0.021.1m。
(四)容易获得良好的表面质量。
由于在加工过程中不产生宏观切屑,工件表面不会产生强烈的弹、塑性变形,故可以获得良好的表面粗糙度。
残余应力、热应力、冷作硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切割表面小,尺寸稳定性好,不存在加工中的机械应变或大面积的热应变。
特种加工的主要应用范围有1.加工各种难切削材料。
如硬质合金、钛、合金、耐热钢、不锈钢、淬硬钢、金刚石、红宝石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高熔点的金属及非金属材料。
2.加工各种特殊复杂零件的三维型腔、型孔、群孔和窄缝等。
《高能束加工》课件
通过高能束对材料表面进行辐照，改变材料表面的化学成分和结 构，提高材料表面的耐腐蚀性和抗氧化性。
高能束表面涂层技术
通过高能束将涂层材料熔融并沉积在材料表面，形成具有特殊性 能的涂层，提高材料表面的防护和装饰性能。
05
高能束加工发展现状 与趋势
高能束加工技术发展现状
高能束加工技术是指利用高能量密度的束流对材料进行加工 的方法，包括激光束、电子束、离子束等。目前，高能束加 工技术在航空航天、能源、电子信息等领域得到了广泛应用 。
纯度的特点。
高能束加工控制系统
加工过程控制系统
对高能束加工过程进行实时监测 和控制，确保加工过程的稳定性
和可靠性。
加工结果检测系统
对加工后的工件进行检测和评估， 确保加工质量符合要求。
加工数据管理系统
对加工过程中的数据进行收集、整 理和分析，为加工过程的优化提供 支持。
04
高能束加工材料与工 艺
新型高能束源的研发和应用将进一步提高加工效率和精度 ，同时降低能耗和成本。高能束加工技术的智能化和数字 化也将成为未来的发展趋势，实现加工过程的自动化和智 能化控制。
高能束加工技术面临的挑战与机遇
高能束加工技术虽然具有很多优点，但也面临着一些挑战，如设备成本高、加工效率低、材料适应性差等问题。同时，随着 环保意识的提高，高能束加工技术的环保性能也需要得到进一步提高。
激光加工材料与工艺
激光加工材料
激光加工适用于各种材料，如金属、非金属、复 合材料等。
激光加工工艺
激光切割、激光打标、激光焊接、激光熔覆等。
激光加工特点
高精度、高效率、非接触式加工。
电子束加工材料与工艺
电子束加工材料
高能束流焊接技术的最新进展
而窄的焊缝 ， 焊速 高、 热输入低 ， 但投资高 ， 对工件制备精度要求 子立焊是关注点之一。
高， 对铝等材料的适应性差 。从能量观点看 ， 激光电弧复合对焊 ３ 国内高能束流焊接现状 在 国 内 ， 能 束 流 焊接 越 来 越 引 起 更 多相 关 人 士 诸 如 焊 接 、 高 接效率的提高十分显著。这主要基于两种效应 ， 一是较高的能量
密度 导致 了较高的焊接速度 ； 二是两热源相互作用的叠加效应 。 物理 、 激光 、 材料、 机床 、 计算机等工作者的关 注。国内在设备水 与 但在工艺研究上 ， 水平则较为接近 ， 甚 Ｇ Ａ 激 光加丝和激光电弧 复合三种方法焊接 时线能量 、 Ｍ 、 焊缝断 平上 ， 国外有一定差距 ， 面以及能量利用率 的比较。Ｌ ｓｒＴ Ｇ Ｈ ｂｉ 可显著增加焊速 ， 至在某些方面还有 自己的特色。 ａｅ－ Ｉ ｙｒ ｄ
０ ｍｍ的不锈钢 ， 深宽比达 ７ ：。 日、 、 ０１ 俄 德开展 了双枪及填丝 机多用。 ） ２ 采用一台激光机可进行多工位 （ 可达 ６ ） 个 加工 。 ） ３光 ２ ０ 纤长度最长可达 ６ ｍ。 ） ０ ４ 开放式 的控制接 口。 ） ５ 具有远距离诊断 电子束焊接技术的研 究。法 国研制成功的双金属和三金属薄带
１ 激光焊接的最新进展
方法由于表面的清理作用强和加丝 的合金化作用效果 为好。 １ 激光熔覆 。激光熔覆与其它表直 流板条式 （ Ｃ Ｓａ ）Ｏ 激光器 ； ） ． １ ） Ｄ ｌｂ Ｃ ２ 二极 快、 热输人少 ， 变形极小 ； 结合强度高 ； 稀释率低 ； 改性层厚度可 管泵浦的 Ｙ Ｇ激光器 ； ） Ｏ激光器 ；） Ａ ３Ｃ ４ 半导体 激光器 ； ） ５ 准分 精确控制 ， 定域性好、 可达性好 、 生产效率高。
先进制造技术——三束加工—激光束、电子束、离子束
2．特点及应用
离子束加工有如下特点：
(1) 离子束加工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，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精 确地控制。
(2) 离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合 金和半导体材料进行加工。 (3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用， 所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
4.束流控制方便，易实现加工过程自动化。
二、激光束加工
激光：源自在经过激励后由高能级院子跃迁到低能级而发射 的光子所产生的物理现象。
激光产生的原理：原子经过激励而发生跃迁现象。 激光加工:激光加工就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产生的光热效应来加工各种材料。
加工原理
1）高速打孔 目前电子束打孔的最小直径可达Ø0.003mm左右。例如喷气发动机 套上的冷却孔，机翼的吸附屏的孔。在人造革、塑料上用电子束打大量微孔， 可使其具有如真皮革那样的透气性。电子束打孔还能加工小深孔，如在叶片 上打深度5mm、直径Ø0.4mm的孔，孔的深径比大于10：1。
2）加工型孔及特殊表面
激光加工的应用
激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大 体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利 用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激 光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指 激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。 包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。
0.03～ 0.07 mm
高能束流加工技术的现状及发展
高能束流加工技术的现状及发展一、引言高能束流加工技术是一种先进的制造加工技术，其利用高能束流对材料进行加工处理，可以实现高精度、高效率、低损伤的加工效果。
随着科技的不断进步和应用领域的不断扩展，高能束流加工技术已经成为了当前最具前景和潜力的制造加工技术之一。
二、高能束流加工技术的基本原理1. 高能束流的产生高能束流包括电子束、离子束和激光束等。
其中，电子束和离子束是通过电子枪或离子源产生，并通过磁场聚焦形成细小且密集的束流；激光束则是通过激光器产生，并通过透镜系统聚焦形成极小直径的光斑。
2. 高能束流与材料相互作用当高能束流与材料相互作用时，会发生以下几种物理过程：撞击效应、热效应、化学效应和辐射效应。
其中，撞击效应主要指由于高速粒子与固体表面发生碰撞而导致表面变形或破裂；热效应主要指由于高能束流的能量被转化为材料内部的热能而导致材料熔化或蒸发；化学效应主要指由于高能束流与材料发生化学反应而导致表面化学性质的改变；辐射效应主要指由于高能束流所产生的辐射而导致材料受到辐射损伤。
3. 高能束流加工技术的基本过程高能束流加工技术包括预处理、加工和后处理三个基本过程。
其中，预处理主要是对待加工材料进行表面清洗和处理，以确保其表面光洁度和化学性质符合加工要求；加工过程则是将高能束流对材料进行精细加工，包括切割、打孔、雕刻等多种形式；后处理则是对已经完成的产品进行表面处理和质量检测，以确保其符合产品标准。
三、高能束流加工技术在各领域中的应用1. 航空航天领域在航空航天领域中，高能束流加工技术被广泛应用于制造发动机喷口、涡轮叶片等关键部件。
这些部件需要高精度、高强度和高温性能，而高能束流加工技术可以实现对这些部件的精细加工和表面处理，提高其性能和寿命。
2. 电子信息领域在电子信息领域中，高能束流加工技术被广泛应用于制造微电子器件、光学器件等高精度产品。
这些产品需要极高的精度和表面光洁度，而高能束流加工技术可以实现对这些产品的微米级别加工和表面处理。
七.先进加工技术
生物工程
Bioengineering
制造工程
Manufacturing Engineering
生物制造
Biomanufacturing
组织和器官之假体与活体制造
பைடு நூலகம்
目的： 1. 提高生产率 2. 改善加工情况 实现： 1. 主轴的零传动：高速主轴单元——电主轴 2. 进给的零传动：直线电机
超高速加工的优点：
1. 显著提高生产效率 2. 切削力可以降低30%以上 3. 切削过程迅速，95%以上的切削热被切
屑带走，工件可以保持冷态。
4. 工作稳定振动小，远离了“机床——工 件——刀具”工艺系统的固有频率范围， 可加工非常精密，光洁的零件。
5. 表面残余应力很小。
不足： 目前只在铝合金和铸铁加工方面应用。 钢的超高速加工还有一些困难
四、超精密加工技术：
分为三种：一般加工、精密加工、超精密加工 动态变化的： 目前标准： 尺寸精度高于0.1μm 表面粗糙度高于0.025μm 形位精度高于0.1μm 从亚微米级向纳米级发展 机械去除法的极限：0.01μm。金刚刀车刀加工有
变形加工：热流动：锻造 粘滞流动：铸造、等静压成形、压铸、注塑 分子定向：液晶定向
超精密加工的要求： 高精度：静态和动态 高刚度：静刚度和动刚度 高稳定性 高度自动化，智能化：减少人为因素
目前超精密加工的主要手段： 1. 金刚石刀具超精密切削 2. 金刚石砂轮和CBN砂轮超精密磨削 3. 超精密研磨和抛光 4. 精密特种加工和复合加工
实现超精密加工的主要条件： 1. 超精密加工机床与装、夹具 2. 刀具、刀具材料、刃磨技术 3. 加工工艺 4. 加工环境控制（恒温、隔振、洁净控制等） 5. 测控技术
特种加工
特种加工实例
水力切割机
水刀机切割加工
水刀机切割加工
液体喷射加工技术
水力切割过程
特种加工技术存在问题
不少特种加工的机理（如超声、激光等加 工）还不十分清楚，其工艺参数选择、加工 过程的稳定性均需进一步提高。 2. 有些特种加工（如电化学加工）加工过程 中的废渣、废气若排房不当，会产生环境污 染，影响工人健康。 3. 有些特种加工（如快速成形、等离子弧加 工等）的加工精度及生产率有待提高。 4. 有些特种加工（如激光加工）所需设备投 资大、使用维修费高，亦有待进一步解决。
OPS镜面电火花
AM30Lxs数控电火花
放电频率对火花机的影响
戴蒙-沙迪克SODICK电火花成型机
电火花加工产品
电火花加工样品
电化学加工技术
电化学加工是通过电化学反应去除工件材料 或在其上镀覆金属材料等的特种加工。
抛光等。
1. 电解加工适用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、 2. 电铸加工适用于形状复杂、精度高的空心零件，如波导管；
CNC火花机
CNC火花机是指由电脑控制的火花机 火花机分为手调火花机,数码火花机，电脑手摇火花机也叫电脑ZNC火花 机,还有就是CNC火花机，CNC火花机通过电脑实现自动化控制,完成复杂的， 精密的放电加工.在实际加工过程,电脑发出指令控制火花机X,Y轴左右震荡 ，能够实现加工模具侧边和底边一样的效果.通过编程设定,CNC火花机也可 以像加工中心一样按照程序指令来工作. CNC火花机的功能特点 CNC火花机具有以下功能特点，也是其它类型火花机不具备的。 点对点移位功能、自动寻边靠模功能、自动移至模具中心位置功能、多 组坐标点设定功能、内置加工工艺参数功能、6方向放电加工工能、多种放 电回路功能、2D或3D摇动加工功能、G码编辑加工功能、内置多种路径加工 功能。 CNC火花机分类 CNC火花机以床身结构较可分为牛头式﹑龙门式结﹑工作台移动式，牛 头式及龙门式结构较为合理。 CNC火花机控制轴数可分为三轴﹑四轴﹑五轴3种类别。
高能束加工图文详解
（4） 加工精度高，质量好。
（5）
加工效率高，经济效益好。
（6）
能源消耗少，无加工污染，在节能、环保等方面有较大 优势。
四、激光加工设备
1. 激光器
4. 机械系统
拓展提高
1.数控化和综合化
把激光与数控技术，光 学技术或高精度、自动化的 工件装卸、定位系统结合， 研制和生产各种加工中心， 已成为激光加工设备发展的 一个重要趋势。
拓展提高
2.典型的离子束加工机床
ME-3A 型多功能磁增强反应离子束刻蚀机
拓展提高
ME-3A 型多功能磁增强反应离子束刻蚀机的主要参数
（2）污染少。
二、离子束加工
考 夫 曼 型 离 子 源 示 意 图
3.离子束加工装置
1—真空抽气孔； 2—灯丝； 3—注入孔； 4—电磁线圈； 5—离子束流； 6—工件； 7—阴极； 8— 9—阳极； 10—电离室
拓展提高
1.典型的电子束加工机床
EB300 型电子束加工机床
拓展提高
EB300 型电子束加工机床的主要参数
4
2
束斑极小。
5
1
无污染。
6
加工的局限性。
7
一、电子束加工
电 子 束 加 工 装 置 的 基 本 结 构
3.电子束加工装置
一、电子束加工
电子枪
真空系统 真空系统
1）
2）
控制系统
3）
电源装置
4）
二、离子束加工
1.离子束加工原理
二、离子束加工
（3）加工应力小、变形小。
2.离子束加工特点
（1）易于精确控制，加 工精度高。
二、激光的产生及特性
光的受激辐射
高能束流加工技术的应用与发展
高能束流加工技术的应用与发展高能束流(High Energy Density Beam)加工是利用高能量密度的束流(激光束、电子束、等离子束)作为热源,对材料或构件进行特种加工的技术. 20世纪以来，航空科学技术迅速发展，为保证在高温、高压、高速、重载和强腐蚀等苛刻条件下的工作可靠性，在飞机、发动机和机载设备上大量采用了新结构、新材料和复杂形状的精密零件，这就使产品的制造性日趋恶化，对制造技术不断提出新的挑战。
鉴于对有特殊要求的零件用传统机械加工方法很难完成，难于达到经济性要求。
现在，工艺师们独辟蹊径，借助各种能量形式，探寻新的工艺途径，各种异于传统切削加工方法的新型特种加工方法应运而生，如高能束流加工、电火花加工、电解加工、化学加工、物料切蚀加工以及复合加工。
目前，特种加工技术已成为航空产品制造技术群中不可缺少的分支，在难切削材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工等领域中已成为重要的工艺方法。
1.现代特种加工技术的特点及发展趋势1.1特种加工技术的特点现代特种加工（SP,Special Machining）技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现材料切除的加工方法。
与常规机械加工方法相比它具有许多独到之处。
① 以柔克刚。
因为工具与工件不直接接触，加工时无明显的强大机械作用力，故加工脆性材料和精密微细零件、薄壁零件、弹性元件时，工具硬度可低于被加工材料的硬度。
② 用简单运动加工复杂型面。
特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面。
特种加工技术已成为复杂型面的主要加工手段。
③ 不受材料硬度限制。
因为特种加工技术主要不依靠机械力和机械能切除材料，而是直接用电、热、声、光、化学和电化学能去除金属和非金属材料。
它们瞬时能量密度高，可以直接有效地利用各种能量，造成瞬时或局部熔化，以强力、高速爆炸、冲击去除材料。
其加工性能与工件材料的强度或硬度力学性能无关，故可以加工各种超硬超强材料、高脆性和热敏材料以及特殊的金属和非金属材料，因此， 特别适用于航空产品结构材料的加工。
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用随着制造业的不断发展，高能束焊接技术逐渐成为一种越来越重要的工艺。
高能束焊接技术是一种利用高能量的电子、光子或离子束来完成焊接、切割和表面改性等工艺的技术。
它具有焊接速度快、能量密度高、变形小等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子工业、医疗器械等领域。
高能束焊接技术的发展可以追溯到上世纪五十年代，当时主要应用于核工业领域。
随着国际间高能束技术的研究交流，高能束技术也逐渐得到了广泛的应用和发展。
在航空航天领域，高能束焊接技术可以用来制造航天器发动机、飞行器发动机喷气喉等重要部件。
在船舶制造领域，高能束焊接技术可以大幅缩短船体建造周期，提高船体质量和疲劳寿命。
在汽车制造领域，高能束焊接技术可以用来制造汽车车身和发动机等部件。
在电子工业领域，高能束焊接技术可以用来制造电子元器件、太阳能电池板等产品。
在医疗器械领域，高能束技术可以用来制造医疗器械的金属部件。
高能束技术的原理是利用高能量的电子、光子或离子束来加热和熔化工件表面，在保持焊接部位几乎不变形的同时完成焊接。
高能束焊接技术的能量密度极高，可以达到几千万到几亿焦/毫米，因此可以在很短的时间内完成焊接过程。
高能束焊接技术通常包括电子束焊、激光焊和离子束焊三种。
在这三种方法中，激光焊是应用最广泛的一种方法。
激光焊接可以完成多种材料的焊接，包括金属、塑料、玻璃等。
高能束焊接技术的应用带来了许多好处：首先，高能束焊接技术可以大大缩短制造周期和提高生产效率。
其次，在高能束焊接技术中，焊接区域的热影响区较小，因此可以减少材料的变形。
此外，高能束焊接技术还可以提高焊缝的质量，减少焊接缺陷和气孔等缺陷的产生。
然而，高能束焊接技术也存在一些局限性，例如高能束焊接设备的成本较高，操作难度较大，需要高技能人才进行操作等。
此外，大多数高能束焊接技术对材料的要求较高，材料的种类、大小等要求比较严格。
综上所述，高能束焊接技术是一种极具发展潜力的技术。
特种加工技术(机械制造工艺-)
电火花加工原理
2.工件与工具电极分别连接到脉
冲电源的两个不同极性的电极上。当 两电极间加上脉冲电压后，当工件和 电极间保持适当的间隙，就会把工件 与工具电极之间的工作液介质击穿， 形成放电通道。放电通道中产生瞬时 高温，使工件表面材料熔化甚至气化， 同时也使工作液介质气化，在放电间 隙处迅速热膨胀并产生爆炸，工件表 面一小部分材料被蚀除抛，形成微小 的电蚀坑。脉冲放电结束后，经过一 段时间间隔，使工作液恢复绝缘。脉 冲电压反复作用在工件和工具电极上， 上述过程不断重复进行，工件材料就 逐渐被蚀除掉。伺服系统不断地调整 工具电极与工件的相对位置，自动进 给，保证脉冲放电正常进行。
第六节 复合加工
在特种加工的发展过程中，人们不但创造 了如前所述的一系列新型的加工方法，而 且发现，当把其中两种或两种以上的能量 形式（包括机械能）合理地组合在一起， 就发展成为复合加工。复合加工有很大的 优点，它能成倍地提高加工效率和进一步 改善加工质量，是特种加工发展的方向。
复合加工技术的种类
电火花加工的特点
1、适合于用传统机械加工方法难以加工的材 料 加工，表现出“以柔克刚”的特点。 2、可加工特殊及复杂形状的零件。 3、可实现加工过程自动化。 4、可以改进结构设计，改善结构的工艺性。 5、可以改变零件的工艺路线。
电火花加工的实际应用
电火花加工的实际应用
线
切 割 机 床
1、电火花加工 2、激光加工 3、离子束加工
4、电解加工 5、超声波加工 6、复合加工
一.电火花加工
1. 电火花加工又称放电加工，也有称为电脉 冲加工的，它是一种直接利用热能和电能 进行加工的工艺。电火花加工与金属切削 加工的原理完全不同，在加工过程中，工 具和工件不接触，而是靠工具和工件之间 的脉冲性火花放电，产生局部、瞬时的高 温把金属材料逐步蚀除掉。由于放电过程 可见到火花，所以称为电火花加工。
上海市ⅲ类高峰学科-材料科学与工程(高能束智能加工与绿色制造)
上海市Ⅲ类高峰学科-材料科学与工程（高能束智能加工与绿色制造）是一个重要的学科领域，它涉及高能束智能加工和绿色制造技术的研究与应用。
该学科领域的主要研究方向包括高能束连接技术及智能装备、智能机器人焊接技术及装备、高能束增材制造及区域凝固过程控制技术、数字化增材制造关键技术及装备、先进传感器件微纳制造、微纳新能源材料绿色制造及核心器件等。
这些研究方向紧密围绕高端装备重点产业发展需求，旨在推动材料科学与工程领域的技术创新和产业发展。
为了加强学科建设，该领域积极开展国内外学术交流与合作，引进和培养优秀人才，提升学科的科研水平和创新能力。
同时，该领域还注重产学研合作，加强与企业的合作与联系，推动科技成果的转化和应用。
未来，该学科领域将继续加强高能束智能加工和绿色制造技术的研究与应用，提升我国在该领域的国际竞争力，为我国制造业的高质量发展做出重要贡献。
同时，该领域还将不断拓展新的研究方向和技术领域，培养更多优秀人才，推动材料科学与工程领域的持续发展。
高能束流加工技术简析
1.3.4.3等离子加工技术最新进展
▪ 近代高技术的发展，尤其是航空、航天高技术发展的需求牵 引，给等离子加工技术注入了活力。等离子切割、等离子焊 接、等离子喷涂以及等离子体源离子注入和离子刻蚀技术都 得到迅速发展。国外对等离子体加工技术的研究和应用给予 了很大重视。俄罗斯新西伯利亚科学分院对等离子射流的研 究很深入，推动了等离子矩的发展，并且研制了等离子设备 软件。乌克兰巴顿焊接研究所在超音速火焰喷涂、微束等离 子喷涂、爆炸喷涂等方面开展了大量的研究、应用工作。90 年代后，等离子束流加工技术又从航空、航天动力装置特殊 功能涂层的真空喷涂，发展到制备特种整体机构件，即等离 子喷涂成形技术。预计，等离子加工技术在进入21世纪后将 会有新的发展。back
1.4高能束流加工技术纵向浅解
1.4.1高能束流焊接
1.4.1.1高能束流焊接简介及特点
▪ 作为高能束流加工技术中应用最广泛发展最 成熟的技术，高能束流焊接的功率密度 （Power Density）达到105W/cm2以上。 其束流由单一的电子、光子、电子和离子或 二种以上的粒子组合而成。属于高功率密度 的热源有： 等离子弧、电子束、激光束及复 合热源 激光束+Arc（TIG、MIG 、 Plasma）。
▪ 常用的激光器按激活介质的种类可分为固体激光 器和气体激光器。如图8-6为固体激光器结构示意 图
Байду номын сангаас
固体激光器结构示意图
1—全反射镜 2—工作物质 3—玻璃套管 4—部分反射镜 5—聚光镜 6—氙灯 7—电 源
1.3.1.2.激光加工的特点和应用
▪ 1）由于激光加工的功率密度高，几乎可以加工 任何材料；
1.4.2电子束焊接
1.4.2.1电子束焊接简介
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术是一种高效、高精度的焊接方法，它利用高能束作为热源，将工件上的两个或多个金属材料焊接在一起。
随着工业技术的不断发展，高能束焊接技术在航空航天、汽车制造、电子器件制造等领域得到了广泛应用。
本文将就高能束焊接技术的发展历程、工作原理和应用前景进行介绍。
一、高能束焊接技术的发展历程高能束焊接技术的发展可以追溯到20世纪40年代，当时人们开始尝试利用电子束、激光束和等离子束等高能源来进行焊接。
20世纪60年代，随着激光技术的进步，激光束焊接技术逐渐成熟，取得了一系列重要进展。
1970年代，电子束焊接技术也得到了快速发展，成为了航空航天领域、核能工程领域最主要的焊接方法之一。
随着科学技术的不断进步，高能束焊接技术变得更加精确、高效，应用领域也不断扩大。
二、高能束焊接技术的工作原理高能束焊接技术是利用高能束的热源对工件进行加热，使其达到熔化状态，然后将两个或多个工件进行熔汇从而实现焊接。
根据高能束的种类不同，高能束焊接技术又可分为激光束焊接、电子束焊接和等离子束焊接。
激光束焊接是指利用激光器产生的激光束对工件进行加热，通过激光束的高能量密度，将工件表面局部加热至熔化状态，然后使两个或多个工件在熔融态时迅速相互融合，从而完成焊接。
激光束焊接技术由于其高能量密度、热输入小、热影响区小等特点，逐渐成为了航空航天、汽车制造、电子器件制造等领域的主要焊接方法。
电子束焊接则是利用电子发射器产生的电子束对工件进行加热，在高能电子束的作用下，工件表面的金属被迅速加热至熔点，然后实现焊接。
电子束焊接技术由于其高能量密度、焊接速度快等特点，被广泛应用于核能工程、宇航工程、航空制造等高端领域。
等离子束焊接是一种利用等离子束对材料进行加热的焊接方法，通常利用等离子束切割机产生的等离子束对工件进行加热，然后实现焊接。
等离子束焊接技术由于其对材料的热输入小、热影响区小等特点，被广泛应用于微电子器件制造、微细连接技术等领域。
高能束流加工技术
高能束流加工技术高能束流(High Energy Density Beam)加工技术是利用激光束、电子束、离子束和高压水射流等高能量密度的束流(其中高压水射流是冷切割加工技术)，对材料或构件进行特种加工的技术。
它的主要技术领域有激光束加工技术、电子束加工技术、离子束及等离子体加工技术以及高能束流复合加工技术等。
它包括焊接、切割、制孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工等，用于加工制造具有先进技术指标的构件或制备新型材料。
高能束流加工技术是当今制造技术发展的前沿领域，是当今世界高科技与制造技术相结合的产物，是制造工艺发展的前沿。
它具有常规加工方法无可比拟的优点。
①能量密度极高，可以实现厚板的深穿透加工、焊接和切割，一次可焊透300mm厚的钢板。
②可聚焦成极细的束流，达到微米级的焦点，用于制造微孔结构和精密刻蚀。
③可超高速扫描(速度达900m／s)，实现超高速加热和超高速冷却(冷却速度达104℃/S)，可以进行材料表面改性和非晶态化，实现新型超细、超薄、超纯材料的合成和金属基复合材料的制备。
④能量密度可在很大范围内进行调节，束流受控偏转柔性好，可进行全方位加工。
⑤适合于金属、非金属材料加工，可实现高质量、高精度、高效率和高经济性加工。
随着航空航天、微电子、汽车、轻工、医疗以及核工业等的迅猛发展，对产品零件的材料性能、结构形状、加工精度和表面完整性要求越来越高，传统的机械加工方法在高技术制造领域所占比重日益减少，高能束加工方法得到了广泛的应用。
例如，把高能束加工技术的深穿透特点用于重型装备厚壁结构、压力容器、运载工具、飞行器的焊接；把精密控制的微焦点高能量密度的热源用于微电子和精密器件的制造，高质量、高效率地实现超大规模集成元件、航空航天航海仪表、陀螺、膜盒的制造和核动力装置燃料棒的封装；利用高能束加工技术的可控高速扫描，实现航宇动力装置上气膜冷却小孔层板结构的高效率、高质量制造；利用高能束加工技术可在真空、高压条件下全方位加工的特点，实现在太空条件下的加工作业；利用高能束加工技术高速加热和高速冷却的特点，对金属材料表面改性和非晶态化，制备特殊功能的涂层和新型材料。
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第三章高能束及复合加工技术一、概述1）高能束加工技术：①利用高能量密度的束流作为热源，对材料或构件进行加工的先进的特种加工技术。
包括焊接、切割、打孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工等各类工艺方法，并已扩展到新型材料制备领域。
②高能束加工技术利用高能束热源、高能量密度、可精密控制微焦点和高速扫描的技术特性，实现对材料和构件的深穿透、高速加热和高速冷却的全方位加工。
③高能束加工技术正朝着高精度、大功率、高速度和自动控制的方向发展。
二．激光加工三．电子束和离子束加工四．磨料水射流加工五．超声波复合加工一、概述1、常用的高能密度束流加工方法: 激光加工、电子束加工、离子束加工等。
2、技术背景高新技术产品要求：高比强度，高精度、工作速度、功率，小型化，恶劣环境下可靠工作；传统机械加工难以胜任结构形状的复杂性、材料的可加工性、加工精度及表面完整性方面的要求。
3、H EBM加工技术的应用广泛应用于焊接、切割、打孔和涂覆加工在表面改性、微细加工和新材料制备领域开拓和应用。
4、复合加工及其应用1）复合加工应用机械、化学、光学、电力、磁力、流体力学和声波等多种能量，在加工过程中同时运用两种或者多种加工方法，通过不同的作用原理对加工部位进行改性和去除的加工技术。
2）提高了加工效率，生产率一般大大高于单独用各种加工方法的生产率之和。
3）在提高加工效率的同时，又兼顾了加工精度、加工表面质量和工具损耗等。
二、激光加工1、激光：受激辐射的光放大电子只有在最靠近原子核的轨道上转动时才是稳定的，称为“基态” 。
光照射或用高温或高压电厂激发原子，最外层电子激发到高能阶，称为“激发态” 。
原子从高能阶落到低能阶的过程称为“跃迁” 。
2、激光的特性①方向性好：光束几乎在一条直线上传播，发散角几毫弧度②单色性好: He-Ne 激光的谱线宽度约2X10-9 nm③相干性好：He-Ne的相干长度200Kn，而普通光源中最好的氪灯为0.78m④高亮度：普通激光的亮度比太阳高100亿倍⑤可调谐：通过改变腔长可改变波长⑥可调制：振幅、偏振方向及频率等参数可以调制（光通信采用）⑦能量可压缩：激光脉冲的持续时间可以短到皮秒、飞秒、阿秒。
3、激光加工原理①激光加工（laser beam machining，LBM是利用材料在在激光聚焦照射下瞬时急剧熔化和气化，并产生很强的冲击波，使被熔化的物质爆炸式地喷溅来实现材料去除的加工技术。
是一种在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。
②激光加工是通过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长相近的极小光斑，其功率密度可达107〜1011w/cm2温度可达一万摄氏度，将材料在瞬间（10-3S）熔化和蒸发，工件表面不断吸收激光能量，凹坑处的金属蒸汽迅速膨胀，压力猛然增大，熔融物被产生的强烈冲击波喷溅出去。
2、复合加工及其应用复合加工应用机械、化学、光学、电力、磁力、流体力学和声波等多种能量，在加工过程中同时运用两种或者多种加工方法，通过不同的作用原理对加工部位进行改性和去除的加工技术。
提高了加工效率，生产率一般大大高于单独用各种加工方法的生产率之和。
在提高加工效率的同时，又兼顾了加工精度、加工表面质量和工具损耗等。
电子只有在最靠近原子核的轨道上转动时才是稳定的，称为“基态” 。
光照射或用高温或高压电厂激发原子，最外层电子激发到高能阶，称为“激发态”。
原子从高能阶落到低能阶的过程称为“跃迁”。
4、原子的辐射5、激光加工过程激光加工过程一般分为四个阶段：1 ）. 激光束照射材料2）.材料吸收光能3）.光能转变为热能使材料加热4）.经由熔融和气化使材料去除或破坏。
6、激光加工的特点1 ）激光加工属非接触加工，无明显机械力，也无工具损耗，工件不变形，加工速度快，热影响区小，可达高精度加工，易实现自动化。
2）因功率密度是所有加工方法中最高的，所以不受材料限制，几乎可加工任何金属与非金属材料。
3）激光加工可通过惰性气体、空气或透明介质对工件进行加工，如可通过玻璃对隔离室内的工件进行加工或对真空管内的工件进行焊接。
4）激光可聚焦形成微米级光斑，输出功率大小可调节，常用于精密细微加工，最高加工精度可达0.001mm表面粗糙度Ra值可达0.4〜0.1。
5）能源消耗少，无加工污染，在节能、环保等方面有较大优势。
7、激光器激光器是激光加工设备的核心，它能把电能转换成光能，获得方向性好、能量密度高、稳定的激光束输出。
激光器可分为：固体、气体、液体、半导体及自由电子激光器，常用的激光器有固体和气体两大类。
8、激光打孔激光打孔主要用于特殊材料或特殊工件上的孔加工，如仪表中的宝石轴承、陶瓷、玻璃、金刚石拉丝模等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的细微孔的加工。
激光打孔效率非常高，功率密度通常为107〜108W/cm2打孔时间甚至可缩短至传统切削加工的百分之一以下，生产率大大提高。
激光打孔的尺寸公差等级可达IT7,表面粗糙度Ra值可达0.16〜0.08。
9、激光切割激光切割是利用聚焦后的高功率密度（105〜107w/cm2），激光束连续照射工件，光束能量以及活性气体辅助切割过程附加的化学反应热能均被材料吸收，引起照射点材料温度急剧上升，到达沸点后材料开始汽化，并形成孔洞，且光束与工件相对移动，使材料形成切缝，切缝处熔渣被一定压力的辅助气体吹除。
激光切割是激光加工中应用最广泛的，其切割速度快、质量高、省材料、热影响区小、变形小、无刀具磨损、无接触能量损耗，噪音小，易实现自动化，且还可穿透玻璃切割真空管内的灯丝，不足之处是一次性投资较大，且切割深度受限。
10、激光束焊接激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。
焊接用激光器有YAG固体激光器和CO2气体激光器，此外还有CO激光器、半导体激光器和准分子激光器等。
激光器利用原子受激辐射的原理，使物质受激而产生波长均一，方向一致和强度非常高的光束。
经聚焦后，激光束的能量更为集中，能量密度可达105-107W/cm2如将焦点调节到焊件结合处，光能迅速转换成热能，使金属瞬间熔化，冷却凝固后成为焊缝。
钢板11、激光打标/ 雕刻12、激光打孔的典型值：几十到200 um,最小25um2000年以前全世界400 多台激光钻孔打标设备，其中300台在日本13、激光表面热处理①当激光能量密度在103〜105w/cm2左右时，对工件表面进行扫描，在极短的时间内加热到相变温度（由扫描速度决定时间长短），工件表层由于热量迅速向内传导快速冷却，实现了工件表层材料的相变硬化（激光淬火）。
②与其它表面热处理比较，激光热处理工艺简单，生产率高，工艺过程易实现自动化。
一般无须冷却介质，对环境无污染，对工件表面加热快，冷却快，硬度比常温淬火高约15%〜20%；耗能少，工件变形小，适合精密局部表面硬化及内孔或形状复杂零件表面的局部硬化处理，但激光表面热处理设备费用高，工件表面硬化深度受限，因而不适合大负荷的重型零件。
三、电子束和离子束加工1 、电子束加工在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后能量密度为106〜109w/cm2的极细束流高速冲击到工件表面上极小的部位，并在几分之一微秒时间内，其能量大部分转换为热能，使工件被冲击部位的材料达到几千摄氏度，致使材料局部熔化或蒸发，来去除材料。
也可以利用能量密度较低的电子束轰击高分子材料，使其分子链切断或重新聚合，从而使高分子材料的化学性质和分子量产生变化，进行加工。
2、电子束加工应用3、电子枪4、电子束加工装置5、发射枪6、真空系统7、控制系统8、電子束加工的特點①能量使用率可高達90％②電子束的直徑能夠聚焦到0.1 um③於真空腔中進行，污染少，材料加工表面不氧化④利用磁場或電場對電子束，強度、位置、聚焦等直接控制⑤可使材料衝擊部位的溫度超過材料的熔化和氣化溫度，使材料瞬時蒸發⑥需要一套專用設備和真空系統，價格較貴9、电子束加工方法1 ）、电子束焊接2）、电子束打孔3）、电子束切割4）、电子束表面改性5）、电子束曝光6）、电子束刻蚀10、电子束焊接优点①聚集的高速電子衝擊工件接縫處，使金屬迅速熔化和蒸發②銲縫深寬比大，可達60:1③在真空中可以進行遠距離的焊接④銲接速度快，熱影響區小⑤可實現複雜接縫的自動銲接⑥防止熔化金屬受到氧、氮等有害氣體的影響11、电子束焊接缺点①易受電磁場干擾②銲接時會產生X射線，有害人體③被焊工件尺寸和形狀受到工作室的限制④銲接前對接頭加工、裝配要求嚴格⑤設備複雜，比較昂貴12、电子束打孔电子束打孔应用不锈钢、耐热钢、宝石、陶瓷、玻璃等各种材料上的小孔、深孔。
最小加工直径可达0.003mm，最大深径比可达10。
像机翼吸附屏的孔、喷气发动机套上的冷却孔，此类孔数量巨大（高达数百万），且孔径微小，密度连续分布而孔径也有变化，非常适合电子束打孔，塑料和人造革上打许多微孔，令其象真皮一样具有透气性。
一些合成纤维为增加透气性和弹性，其喷丝头型孔往往制成异形孔截面，可利用脉冲电子束对图形扫描制出。
还可凭借偏转磁场的变化使电子束在工件内偏转方向加工出弯曲的孔，13、电子束切割可对各种材料进行切割，切口宽度仅有3〜6卩m。
利用电子束再配合工件的相对运动，可加工所需要的曲面。
14、离子束加工离子束加工（IBM）是在真空条件下利用离子源（离子枪）产生的离子经加速聚焦形成高能的离子束流投射到工件表面，使材料变形、破坏、分离以达到加工目的。
因为离子带正电荷且质量是电子的千万倍，且加速到较高速度时，具有比电子束大得多的撞击动能，因此，离子束撞击工件将引起变形、分离、破坏等机械作用，而不像电子束是通过热效应进行加工。
15、離子束加工主要特點16、離子束加工的基本原理離子束加工是在真空條件下，先由電子槍產生電子束，再引入已抽成真空且充滿惰性氣體之電離室中，使低壓惰性氣體離子化。
由負極引出陽離子又經加速、集束等步驟，最後射入工件表面。
离子束加工主要特点：①適於加工易氧化金屬，合金材料和半導體材料②採微量加工方式，故加工應力、熱變形等極小、加工精度高③加工的精度非常高；離子蝕刻可達毫微米（0. 001卩m）級加工精度離子鍍膜可控制在次微米級精度④成本高，加工效率低，但可進行自動化加工17、离子束加工的应用1）、离子蚀刻2）离子镀膜3）离子溅射沉积4）离子注入18、離子束蝕刻加工当所带能量为0.1〜5keV、直径为十分之几纳米的的氩离子轰击工件表面时，此高能离子所传递的能量超过工件表面原子（或分子）间键合力时，材料表面的原子（或分子）被逐个溅射出来，以达到加工目的。
这种加工本质上属于一种原子尺度的切削加工，通常又称为离子铣削。
离子束刻蚀可用于加工空气轴承的沟槽、打孔、加工极薄材料及超高精度非球面透镜，还可用于刻蚀集成电路等的高精度图形。