硬脆微材料精密加工廠
在科技飛速發(fā)展的今天，硬脆微材料精密加工技術(shù)正逐漸成為制造業(yè)的新寵。這種技術(shù)以其高精度、高效率和高可靠性的特點(diǎn)，為眾多行業(yè)帶來了革命性的變革。今天，就讓我們一起走進(jìn)硬脆微材料精密加工廠，探秘這一前沿技術(shù)的魅力所在。
硬脆微材料，如陶瓷、玻璃等，因其硬度高、脆性大、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在航空航天、電子信息、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而，這些材料的加工難度極大，傳統(tǒng)的加工方法往往難以達(dá)到理想的加工效果。因此，精密加工技術(shù)的出現(xiàn)，為硬脆微材料的加工開辟了一條新路。
在硬脆微材料精密加工廠中，先進(jìn)的加工設(shè)備是必不可少的。這些設(shè)備采用了激光加工、離子束加工、微細(xì)電火花加工等多種技術(shù)手段，能夠在微米甚至納米級(jí)別上實(shí)現(xiàn)對(duì)硬脆材料的精確加工。這些設(shè)備不僅能夠保證加工精度，還能夠大大提高加工效率，為硬脆微材料的廣泛應(yīng)用提供了有力保障。
除了先進(jìn)的加工設(shè)備，精密加工技術(shù)還需要高超的工藝技術(shù)。在加工過程中，工人們需要嚴(yán)格控制加工參數(shù)，如加工速度、加工深度、加工溫度等，以確保加工質(zhì)量和效率。同時(shí)，他們還需要具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和精湛的操作技能，才能在加工過程中靈活應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜情況。
硬脆微材料精密加工技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。在航空航天領(lǐng)域，它可以用于制造高性能的陶瓷涂層和復(fù)合材料，提高飛行器的耐高溫性能和耐磨性能。在電子信息領(lǐng)域，它可以用于制造高精度的傳感器、光學(xué)元件和集成電路，推動(dòng)電子產(chǎn)品的升級(jí)換代。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它可以用于制造微型的醫(yī)療器械和生物傳感器，為醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展提供有力支持。
當(dāng)然，硬脆微材料精密加工技術(shù)也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，加工過程中產(chǎn)生的微小裂紋和殘余應(yīng)力等問題，可能會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生不利影響。因此，未來的研究和發(fā)展方向，應(yīng)該更加注重解決這些問題，提高加工質(zhì)量和穩(wěn)定性。
硬脆微材料精密加工技術(shù)作為現(xiàn)代制造業(yè)的重要組成部分，正以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在各個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，我們有理由相信，這一技術(shù)將在未來制造業(yè)中發(fā)揮更加重要的作用，為人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步貢獻(xiàn)更多的力量。
針對(duì)復(fù)雜精密零件的激光精密加工技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是近10年左右的時(shí)間里，隨著商用超快激光器的進(jìn)一步成熟，激光精密加工已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了非常多元化的應(yīng)用。在前沿研究領(lǐng)域，研究人員在加工尺度上不斷突破，實(shí)現(xiàn)超衍射極限的加工能力，并且以各種微納結(jié)構(gòu)形成的功能表面也是研究熱點(diǎn)。在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，則主要聚焦在如何實(shí)現(xiàn)更高精度、更低熱影響、更高的表面質(zhì)量等方向。
當(dāng)前，工業(yè)化的激光多軸聯(lián)動(dòng)微加工平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)微小精密零件的高效高質(zhì)量加工，突破難加工材料的高效率、高質(zhì)量、低損加工行業(yè)技術(shù)難題，以滿足現(xiàn)代工業(yè)更小、更智能的產(chǎn)品需求。本文結(jié)合筆者所在團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控激光加工機(jī)床，總結(jié)了近年來在激光精密加工領(lǐng)域開展的裝備研制、技術(shù)研發(fā)進(jìn)展及典型應(yīng)用案例，研究了多種復(fù)雜曲線和曲面特征的加工工藝，包括精密數(shù)控刀具刃口加工、表面微加工、模具紋理刻蝕等。
應(yīng)用背景
隨著超硬材料、脆性材料、復(fù)雜型面零件及其表面微結(jié)構(gòu)等在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，許多傳統(tǒng)加工手段已很難滿足高效率、高精度、一致性和可靠性等嚴(yán)苛的加工要求，從而對(duì)高效高質(zhì)量加工手段的需求變得愈發(fā)迫切。
隨著超硬材料、脆性材料、復(fù)雜型面零件及其表面微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，對(duì)高質(zhì)量加工手段的需求也不斷提升。
以SiC晶圓（硬脆材料，莫氏硬度9.5）切割為例，采用傳統(tǒng)金剛石刀輪進(jìn)行切割時(shí)，會(huì)面臨對(duì)材料損傷大，易產(chǎn)生崩邊；耗材用量大，成本高；切割薄晶圓易碎裂；切割速度慢；無法切割不規(guī)則形狀等加工問題。再比如傳統(tǒng)的電加工，存在加工速度慢，不能加工不導(dǎo)電材料等問題，且制備電極消耗的時(shí)間和成本高（主要指用于制造沖頭/沉降片/型腔工具電極的額外時(shí)間和成本）。金剛石材料的成型則更加難以依靠傳統(tǒng)磨削實(shí)現(xiàn)高效加工，且砂輪消耗量大、成本高等問題非常明顯。
相較之下，激光加工技術(shù)作為工業(yè)制造的重要支撐技術(shù)，具有加工精度高、能量密度極高、熱影響區(qū)小、薄壁零件變形小、加工穩(wěn)定性好、耗材極少、綠色加工等特點(diǎn)，早已成為替代傳統(tǒng)加工方式的重要手段。
復(fù)雜零部件的激光制造需要多軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)與光機(jī)電的高效協(xié)同控制，現(xiàn)階段多軸五聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床水平是制約激光加工精密零件應(yīng)用的關(guān)鍵。其中，高檔數(shù)控系統(tǒng)國產(chǎn)化、自主可控的短板相當(dāng)突出，相關(guān)裝備研發(fā)也主要以國外廠商為主。因此，自主研發(fā)自主可控的國產(chǎn)五軸激光加工中心對(duì)提升我國高端裝備制造業(yè)國際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。
解決方案與應(yīng)用案例
通過自研五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)以及加工軌跡規(guī)劃的CAM軟件，與自身的機(jī)床設(shè)計(jì)制造能力相結(jié)合，形成了數(shù)控系統(tǒng)+激光+X（應(yīng)用場(chǎng)景）的研發(fā)體系，開發(fā)了多種針對(duì)硬、脆、軟、薄、微等難加工材料和特征的產(chǎn)品與解決方案，旨在突破難加工材料在加工環(huán)節(jié)的瓶頸。
超硬刀具加工
除了航空航天、汽車等領(lǐng)域需要大量使用激光精密加工，超硬刀具加工也是高端激光數(shù)控機(jī)床精密加工應(yīng)用的主要場(chǎng)景之一。經(jīng)中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)證明，在超硬材料精密加工細(xì)分領(lǐng)域，超硬刀具加工是高端激光數(shù)控機(jī)床精密加工應(yīng)用的主要場(chǎng)景之一。
高精度激光鉆孔
激光鉆孔技術(shù)如今被廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、汽車、航天航空等行業(yè)，用于加工各種材料的小孔，可解決小孔加工難、效率低、刀具損耗大等問題。然而，常規(guī)激光鉆孔有一定的加工局限性，譬如無法實(shí)現(xiàn)高精度、大深徑比微孔加工，無法對(duì)孔的錐度進(jìn)行有效控制。
激光旋切系統(tǒng)可以通過讓聚焦鏡出射的光產(chǎn)生一定的偏移和偏轉(zhuǎn)后聚焦在加工材料上，偏移位置用于補(bǔ)償激光切割產(chǎn)生的錐度，偏轉(zhuǎn)角度用于控制加工的孔徑。高速旋轉(zhuǎn)的聚焦光束角度與位移的精確控制在實(shí)現(xiàn)微孔的加工的同時(shí)，也可以獲得更佳的加工品質(zhì)。產(chǎn)品重點(diǎn)面向半導(dǎo)體、消費(fèi)電子、超硬材料等領(lǐng)域。
超硬材料激光磨削
超硬材料通常采用砂輪、電解磨等方式進(jìn)行磨削加工，磨削類型可分為平面、外圓、倒角、異型輪廓等，實(shí)現(xiàn)超硬材料的減薄、整平、成型等工藝。
硬脆微材料精密加工廠
04-11-2024
