《特种加工工艺》PPT课件.ppt

第三节 特种加工工艺,机械制造工程第五章,概 述,特种加工的产生 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 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,1943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“以柔克刚”的效果。,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零件的加工问题,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 为区别现有切削加工方法，将上述新加工方法称为特种加工，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： 不是主要依靠机械能，而是主要采用其它能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属材料 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著的机械切削力 主运动速度一般都很低 加工后表面边缘无毛刺残留,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 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 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 微细加工和纳米加工的主要手段,特种加工的应用 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运而生的，就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属和非金属材料，且专长于加工复杂、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、镜面光整加工和纳米级（原子级，0.1nm100nm）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 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。,电火花加工的基本原理 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，也开始研究利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工,电火花加工所形成的表面如图所示,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和工件（正、负电极）之间因脉冲放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，形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀；电极材料的抛出；极间介质的消电离,极间介质的电离、击穿，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10-710-8s 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 （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 （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,电火花加工的基本条件 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。 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。 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 为了进行电火花加工，满足电火花加工条件，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,CA20数控精密电火花成型机,电火花加工的特点 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 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 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,不需要复杂的切削运动，可以加工形状复杂的零件表面 工具就是一个电极，不必采用复杂而昂贵的切削刀具 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，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） 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 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,极性效应的物理阐释：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、气化抛出的电蚀量也不一样。因为电子的质量和惯性小，容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，把能量传递给阳极表面，使电极材料迅速熔化和气化；而正离子则因质量和惯性较大，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,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 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 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）,应用 用于机械（特别是模具制造）、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 高速走丝电火花线切割机床（WEDMHS）走丝速度为810m/s（我国独创） 低速走丝电火花线切割机床（WEDMLS）走丝速度低于0.2m/s（国外多用）,电火花线切割原理及设备（高速走丝）构成,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 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 电化学加工过程 实验现象,电解液中的电化学反应,定义 电化学反应：电解溶液中，电极金属片和溶液的界面上发生的交换电子的反应 电化学加工：利用电化学作用为基础对金属进行加工的方法,电化学加工的分类 按其作用原理分为三类： 利用电化学阳极溶解来进行加工（电解加工、电解抛光等） 利用电化学阴极沉积、涂覆进行加工（电镀、涂镀、电铸等） 利用电化学加工与其它加工方法相结合的复合加工工艺（电解磨削等）,1电解加工 电解加工原理及其特点 电解加工原理：利用金属在电解液中的电化学阳极溶 解将工件加工 成形,电解加工的特点： 加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制 生产效率高 可以达到较好的表面粗糙度和0.1mm左右的平均加工精度 加工过程不存在机械切削力，不会产生由切削力所引起的残余应力和变形，没有飞边毛刺 加工过程中阴极工具在理论上不会耗损，可长期使用,电解加工的主要弱点和局限性 不易达到较高的加工精度和加工稳定性 工具电极的设计和修正比较麻烦 附属设备多，占地面积大，机床要抗腐蚀，造价高 电解产物易造成环境污染 选用电解加工工艺的三原则： 用于难加工材料 用于相对复杂形状的零件 用于批量大的零件,常用电解液的种类 电解液的主要作用 作为导电介质传递电流 在电场作用下进行电化学反应，使阳极溶解能顺利而有控制地进行 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,对电解液的基本要求 具有足够的蚀除速度 具有较高的加工精度和表面质量 阳极反应的最终产物应是不溶性的化合物 应达到性能稳定、操作安全、对设备腐蚀性小、价格便宜等,几种常用的电解液 NaCl电解液：含活性Cl- 离子，阳极工件表面不易生成钝化膜，故蚀除速度高，而且析氧等副反应，电流效率高，加工表面粗糙度值小；NaCl是强电解质，在水溶液中几乎完全电离，导电能力强；而且适用范围广，价格便宜，货源充足，应用最广。 NaNO3电解液：钝化型电解液,杂散腐蚀能力比较,用Nacl加工的结果,用NaNO3加工的结果,NaClO3电解液：具有钝化特性，散蚀能力小，加工精度高；但使用过程中，Cl- 离子会不断增加，电解液有消耗，因此应注意Cl- 离子质量浓度的变化,杂散腐蚀能力比较,电解液中加添加剂 为减少NaCl电解液的散蚀能力，可加入少量的磷酸盐等，使阳极表面产生钝化抑制膜，提高成型精度 为了提高NaNO3电解液的生产率，可添加少量NaCl 为改善表面质量，可添加络合剂、光亮剂等，如添加NaF 为减轻电解液的腐蚀性，可用缓蚀添加剂,电解加工工艺及其应用 深孔扩孔加工 型孔加工 型腔加工 套料加工 叶片加工 电解倒棱去毛刺 电解蚀刻 电解抛光 数控展成电解加工,2电化学机械复合加工 包括电解磨削、电解珩磨、电解研磨等加工工艺。 电解磨削 是由电解作用和机械磨削作用相结合而进行加工的 比电解加工的加工精度和表面粗糙度要好；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解研磨,电解磨削原理图,电解磨削 加工过程,电解磨削的机理 与电化学阳极溶解类似，不同之处在于 电解加工时阳极表面的钝化膜是靠活性离子进行活化，或靠很高的电流密度去破坏而使阳极表面不断溶解；电解磨削时阳极钝化膜是靠砂轮的磨削作用去除而活化的 电解加工需要压力高、流量大的液压泵；而电解磨削可用冷却润滑用的小型离心泵 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，可采用腐蚀能力较弱的钝化性电解液,“中极法”电解磨削 当电流密度一定时，通过的电量与导电面积成正比，因此应尽可能增加两极间的导电面积 当磨削外圆时，可采用“中极法”：在普通砂轮外附加一中间电极作为阴极，工件接正极，砂轮不导电，电解作用在中间电极和工件之间进行，砂轮只起刮除钝化膜的作用,中极法电解磨削,电解磨削的应用 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、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。,电解 珩磨 加工,3电化学阴极沉积工艺 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 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。但它们之间也有明显的不同之处。（各种阴极沉积工艺的比较见表5-12）,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液中。否则，需要定时对电解液补充溶质 根据阴极沉积极的不同要求和特点分为：电镀、电铸、涂镀（刷镀）和复合镀等,电铸原理图,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 光实质上是一定波长范围内的电磁波 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 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，靠光热效应来加工各种材料的,激光加工原理示意图,激光加工的特点 功率密度高达1081010W/cm2，几乎可加工任何材料 激光光斑可聚焦到微米级，输出功率可调节，可用于精密微细加工 所用工具为激光束，是非接触加工，所经没有明显的机械力，没有工具损耗；加工速度快，热影响区小 打孔和切割的激光深度受限,加工装置简单，不需抽真空 是一种瞬时的、局部熔化的、气化的热加工，影响因素很多，因此精度和粗糙度难以保证 加工时有金属飞溅物，操作时应戴防护镜,激光加工的应用 激光打孔 几乎可在任何材料上打微型孔； 激光打孔的直径可以小到0.01mm以下，深径比可达50：1 目前应用于：火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴加工；化学纤维喷丝板打孔；钟表及仪表中的宝石轴承打孔；金刚石拉丝模加工等,激光切割 原理与激光打孔相同，只是工件与激光束有相对移动 可用于各种材料，加工Y形、十字形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 适宜于切割玻璃、陶瓷和半导体等硬脆材料 适宜对细小部件作精密切割,激光焊接 激光照射时间短，焊接过程极为迅速，它不仅有利于提高生产率、而且被焊材料不易氧化，热影响区极小，适合于对热敏感很强的晶体管组件焊接 没有焊渣，不需去除工件的氧化膜，甚至可以透过玻璃进行焊接，适用于微型精密仪表中的焊接 不仅能焊接同种材料，还可焊接不同的材料，甚至可焊接金属与非金属材料,激光热处理 激光热处理的过程是将激光束扫射零件表面，光能量被零件表面吸收迅速升温，产生相变甚至熔融；激光束离开零件表面，零件表面的热量马上向内部传递以极高的速度冷却 加热快 光束传递方便，便于控制，可以对形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 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 在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间内，其能量大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料局部熔化和气化，被真空系统抽走,通过控制电子束能量密度的大小和能量注入的时间，就可以达到不同的加工目的,电子束加工装置：由电子枪、真空系 统、控制系统和电源等部分组成,电子束加工的特点 是精密微细加工方法，加工面积可很小 是一种非接触式加工，工件不受机械力作用，不产生宏观应力和变形 加工材料范围很广 电子束能量密度高，生产率很高 加工过程可以自动化 污染少，加工表面不氧化 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,电子束加工的应用 按其功率密度和能量注入时间的不同，可用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和光刻加工等 高速打孔 最小直径可达0.003 mm左右 电子束还能加工小深孔（深径比10:1） 可加工玻璃、陶瓷、宝石等脆性材料 加工型孔及特殊表面 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,刻蚀 将陶瓷或半导体材料刻出许多微细沟槽和孔来，以制造多层固体组件 还可用于制板,加工喷丝头 异形孔,加工曲面,加工弯孔,焊接 利用电子束作为热源。当高能量密度的电子束连续不断地轰击焊件表面时，焊件接头处的金属熔融成毛细管状的熔池，焊件如果按一定速度移动，则接缝上的熔池重新凝固而形成焊缝 电子束焊接的焊缝深而窄，焊件热影响区小，变形小；不用焊条，焊接过程在真空中进行，焊缝化学成分纯净，焊接强度往往高于母材,可焊难熔金属，也可焊化学性能活泼的金属，能焊普通合金，还能实现异种金属的焊接；可焊接很薄的工件，也可焊接几百毫米厚的工件 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、合适方法制造，最后用电子束焊接成一个整体零部件,热处理 利用电子束作为热源，但适当控制电子束的功率密度，使金属表面加热而不熔化，达到热处理的目的 电子束热处理的加热速度和冷却速度都很快，能获得一种超细晶粒组织；还可在熔化区添加元素，使金属表面形成一层很薄的新的合金层，获得更好的物理力学性能 与激光热处理比较，电子束热处理电热转换效率高，无材料氧化，功率可大,光刻 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镀工艺结合，就能在金属掩膜或材料表面上制出图形来,3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：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，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，而不是靠动能转化为热能来加工的,离子束加工的物理基础：是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应 撞击效应、溅射效应：具有一定动能的离子斜射到工件材料表面时将表面原子撞击出来的效应 注入效应：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效应,离子束加工的分类 离子刻蚀：用能量为0.55keV的氩离子轰击工件，将工件表面的原子逐个剥离 离子溅射沉积：用能量为0.55keV的氩离子轰击某种材料制成的靶，离子将靶材原子击出，沉积在靶材附近的工件上，使工件表面镀上一层薄膜,离子镀（离子溅射辅助沉积）：用能量为 0.55keV的氩离子同时轰击靶材和工件表面 离子注入：用能量为5500keV的离子束直接轰击被加工材料，离子钻进被加工材料的表面层,离子蚀除,溅射沉积,离子镀,离子注入,离子束加工的特点 离子束可以通过电子光学系统进行聚焦扫描，离子束流密度及离子能量可以精确控制，所以离子刻蚀可以达到0.001m级的加工精度。它是纳米加工技术的基础 加工在真空中进行，污染少，适用于高纯度材料的加工 微观作用、宏观压力很小，加工应力、热变形等极小，适合各种材料和低刚度零件的加工，加工质量高 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 离子束加工装置包括离子源、真空系统、控制系统和电源等部分 离子源常用的有考夫曼型离子源和双等离子管型离子源,考夫曼型离子源,考夫曼型离子源,双等离子体型离子源,离子束加工的应用,刻蚀加工 通过撞击溅射从工件上去除材料的过程,离子束加工 非球面透镜原理,镀膜加工 分为溅射沉积和离子镀两种 离子镀膜附着力强、膜层不易脱落 离子镀用于镀制润滑膜、耐热膜、耐磨膜、装饰膜、电气膜等 离子镀膜代替镀硬铬，可减少镀铬公害 用离子镀在刀具表面镀氮化钛、碳化钛等超硬层，可提高刀具耐用度,离子注入加工 向工件表面直接注入任何离子，注入量可精确控制 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面积集成电路的重要手段 离子注入可提高材料的耐腐蚀性能、改善金属材料的硬度、改善材料的润滑性能 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 超声波的产生 人耳能感受到的声波频率在1616000Hz范围内。频度超过16000Hz的声波称为超声波 超声波是由压电晶片（如石英、钛酸钡等）的逆压电效应产生的,超声波能传递很强的能量 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，由此产生压力正、负交变的液压冲击和空化现象，从而引起固体物质分散、破碎等效应,超声波加工的基本原理 超声加工是利用工具端面作超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的 超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的综合结果，磨粒的撞击作用是主要的 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,超声加工原理图,超声波加工的特点 适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料 工具的工件无需复杂的相对运动，超声加工机床结构简单 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，表面粗糙度较好，而且可加工薄壁、窄缝、低刚度零件,2超声波加工的装置构成及关键部件 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环系统,CSJ-2型 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、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模具等，最后还常用超声抛磨进行光整加工,型孔、型腔加工,主要用于对脆硬材料加工圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等,加工圆孔、型腔,加工异形孔、套料加工、加工微细孔,切割加工,用普通机械加工切割脆硬的半导体材料很困难，采用超声切割较为有效,超声切割 单晶硅片,成批切槽刀具,切割成的 陶瓷模块,复合加工,用超声加工与其它加工方法相结合进行复合加工，以提高加工速度和表面质量,超声电解 复合加工小孔,手携式电解超声 复合抛光原理图,超声波切割金刚石,超声振动 切削加工,超声清洗 超声清洗原理：主要基于超声振动在液体中产生的交变冲击波和空化作用 超声清洗液：汽油、煤油、酒精、丙酮、水 应用：清洗喷油嘴、喷丝板、微型轴承、仪表齿轮、手表机芯、印刷电路板、集成电路微电子器件等,四槽式超声波气相清洗机简图,六、快速成形技术,快速成形技术（Rapid Protoyping 简称RP），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）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，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,快速成形技术主要用于原模制造、零件仿制。 它是20世纪80年代后发展起来的先进制造技术，主要依托数控技术的发展，综合了机械工程、CAD、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行快速评估、修改及功能试验，大大缩短了产品的研制周期,SL