【機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯】kamlakar rajurkar和Marc madou【PDF英文25頁word中文翻譯3472字6頁】
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第4章進程
kamlakar rajurkar和Marc madou
摘要:
生產(chǎn)工序的原料轉(zhuǎn)換成所需的零件,使可用和實用的產(chǎn)品。全部制造過程的評估,然后選定為具體應(yīng)用的基礎(chǔ)上,類型和金額涉及能源,過程機制及其能力(包括精度和可重復(fù)性) , 對環(huán)境的影響,和經(jīng)濟。除以上措施外, micromanufacturing過程中還需要待評估對質(zhì)量的搬遷(或塑性變形或增補)最小的一筆賠償?shù)牟牧显谝粋€周期,以及為實現(xiàn)精確的相關(guān)micromanufacturing設(shè)備。這個第一章開始,描述了地位的micromanufacturing進程的觀察期間, wtec 訪問亞洲和歐洲。國家- - -藝術(shù)micromanufacturing過程中,美國還包括在這一章。網(wǎng)站訪問了在亞洲和歐洲,包括工業(yè),大學(xué)和研究機構(gòu)。 具體問題的過程中的機制,建模與仿真,表面完整性,和尺度效應(yīng)是總結(jié)了在第二部分的這一章。
micromanufacturing工藝和設(shè)備:
許多不同類型的micromanufacturing過程中,觀察,訪問期間。要提供了廣闊的鑒于該micromanufacturing這些過程分為三種主要類型-消減, nearnet - 形狀,和添加劑。一些這些進程是縮減版本,現(xiàn)有的傳統(tǒng)macromanufacturing技術(shù),和其他創(chuàng)新的方法是利用各種物理和化學(xué)效果
消減過程:
物質(zhì)消減的過程,包括微機械等為契機,鉆,銑,和磨削;電的物理和化學(xué)過程,如電放電加工(電火花加工)和電化學(xué)加工(流腦) ;和能源束加工,如激光,電子,離子束的焦點。
微機械機械微細加工過程中,自然是縮減版本的現(xiàn)行宏觀層面進程。在這些進程中,工具,通常是在直接接觸的機械與工件和因此,一個良好的幾何相關(guān)關(guān)系的工具的路徑和加工表面可以得到。 相比,微電子制備方法,他們有較高的材料去除率和能力機復(fù)雜的二維和三維microshapes在不同的工程材料。
法努克在日本已商品化的一個超高精度微機械名為robonano用戶界面(圖4.1a ) 。它可以作為一個功能的五軸聯(lián)動軋機,車床,五軸聯(lián)動磨床,五軸聯(lián)動成型機,以及高速牛頭刨床(圖4.1b , C , D )的。切割是名義上完成了由一個單晶金剛石工具。為了銑削,空氣透平主軸是受雇為轉(zhuǎn)速高達70000 rpm的。整形是做使用高速穿梭單位能生產(chǎn)3槽每秒, 3千赫快速的工具,伺服使用壓電陶瓷( Fanuc的robonano的用戶界面, 2004年) 。 1 Fanuc的一系列15i控制器實現(xiàn)數(shù)值控制robonano 。該決議的線性石斧是1 nm和0.00001o為旋轉(zhuǎn)軸。實際痕量率的數(shù)控命令是± 2nm在直線和± 5 / 100 , 000度的索引。這一良好的伺服追蹤能力,是歸因于一個“完全摩擦免費納米伺服“技術(shù)(線性所有的幻燈片和螺絲是靜態(tài)的空氣軸承) 。此外, 系統(tǒng)是封閉在一個空氣淋浴溫度控制單元,其溫度控制在0.01 ° C至消除熱增長的錯誤。
(a) ROBOnano Ui. (b) Grinding/Milling.
(c) Turning. (d) Shaping.
robonano是用來機器鏡,過濾器,光柵,液晶顯示器( LCD )面板,小鏡頭, micromoldings ,和其他小超精密零件。大部分的零件大約需要5分鐘加工。 4.2a的數(shù)字顯示,一塊黃銅與梯形槽與高長寬比,開放角3度,和Groove足球場, 35 μ m的microgrooves高的長寬比很受歡迎,在半導(dǎo)體加工。不過,粗糙度的側(cè)壁和尖銳的底邊
robonano加工溝槽的好得多,比許多其他方法在使用的半導(dǎo)體加工。數(shù)字4.2b是一個模具的雙側(cè)重鏡頭構(gòu)成的連續(xù)彎V型槽35 μ m的寬度和與復(fù)雜多變的V型的角度和深度。在此外, 3D免費-曲面,例如作為一個4 × 4 凸透鏡陣列(圖4.2c ) ,也可以加工robonano 。該材料可以黃銅或硅, 鏡頭間距290 μ m的,直徑236 μ m的,高度16 μ m的,和R 448 μ m的( Fanuc的robonano α - 0ib加工樣品, 2005年) 。
圖4.3 。
圖4.3 。 microlathe 。
國家研究所的先進工業(yè)科學(xué)和技術(shù)( aist )在日本已制定了microlathe是32毫米長, 25毫米寬, 30.5毫米高,重量只有100克(見圖4.3 ) 。它包括一個摩擦驅(qū)動的蠕動系統(tǒng),主軸驅(qū)動裝置由一個微電機,以及toolrest 。 改性蠕動型microsliders雇用,在這種幻燈片,引導(dǎo)和舉行與摩擦。它定位解決25納米。通過優(yōu)化的驅(qū)動器模式,順利飼料400 μ m / s時,才能實現(xiàn)盡管其逐步飼料的行動。雖然主要主軸電機只一點五瓦特額定功率,旋轉(zhuǎn)速度可以達到每分鐘轉(zhuǎn)速10000 (岡崎和北, 2000年,岡崎, 2000年) 。
圖4.4 。 microcomponents加工microlathe 。
該microlathe可以減少黃銅1.5 μ m的表面粗糙度在飼料中的方向。圖4.4顯示microparts 加工由microlathe 。最小的直徑工件加工在實驗中是60 μ m的圖4.5a顯示了micromilling機的發(fā)展在aist 。機器組成一的X - Y階段和zaxis 驅(qū)動單元持有主軸單元。 Z軸驅(qū)動裝置采用了空心機螺桿,并帶動一直接驅(qū)動交流( AC )馬達。主軸和干勁,螺桿分配在一條線。那個主軸直徑為27毫米額定八十○瓦特,并提供30.0萬rpm的最高轉(zhuǎn)速。那個主軸年底舉行銑刀與直接加工collet夾頭1毫米。高主軸回轉(zhuǎn), highfeed
率,和小深度的切有助于減少加工武力。運動控制是實現(xiàn)由一名全職閉環(huán)數(shù)字伺服系統(tǒng),獲得反饋信號從線性規(guī)模的一項決議在50 nm 。
42 4 。進程
(一) micromilling機。 (二)胭脂的數(shù)字,不法之徒。 (三)蜂窩4毫米足球場
和2毫米深。
圖4.5 。 micromilling機和產(chǎn)生的功能。
小直徑年底銑工具, micromilling機已用于機硬鋁合金和預(yù)硬化鋼。顯示在數(shù)字4.5b和C ,三維microfeatures已產(chǎn)生。那個樣本中顯示的數(shù)字4.5b完成,在短短的一百三十秒(岡崎和北, 2000年,岡崎, 2000年,河原等人, 1997年,北等人, 1998年) 。
納米,與優(yōu)勢的簡單加工,成本低和高吞吐量,可以克服限制常規(guī)光刻技術(shù)。它有著巨大的潛力,在納米電子學(xué),數(shù)據(jù)存儲, 光電子和生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。工業(yè)技術(shù)研究院(工研院)在臺灣已
開發(fā)了納米設(shè)備與系統(tǒng)的先進技術(shù)并行,壓力均勻性和快速加熱(見圖4.6 ) 。并行性和壓力的變化是在5 %以內(nèi)和升溫速率是預(yù)計將超過100 ° C時每秒。目的是納米圖案是捏造事實納米結(jié)構(gòu)“ ( < 100 nm )的使用nanomold所作的電子束光刻和干法刻蝕(工研院年度
報告, 2004年, ehrfeld等人, 1996年) 。
圖4.6 。 nanoimprinter mirl 30 B 。
重點研究在該中心為微系統(tǒng)技術(shù)( zemi ,柏林adlershof ) ,節(jié)由柏林科技大學(xué)的研究所機床和工廠管理(互聯(lián)網(wǎng)基金)公司和Fraunhofer gesellschaft研究所生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)計技術(shù)( ipk ) ,是對小型設(shè)備機器零件和單一的小批量經(jīng)濟。工具制成的碳化鎢與幾何界定的前沿(圖4.7a , b )是用于microcutting 。研究人員在zemi也工作,對優(yōu)化工具的幾何和工藝參數(shù),為車銑加工光學(xué)結(jié)構(gòu)和面。合適的校正算法已制定并導(dǎo)致精度高的特點(圖4.7c ) ( ipk和互聯(lián)網(wǎng)基金的施舍, 2004年) 。
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圖4.7 。 micromilling工具和機械加工的特點。
在zemi ,有限元方法(有限元分析)模型(圖4.8a )和力學(xué)分析(圖4.8b ) 被用來作為工具,流程優(yōu)化,制造業(yè)等戰(zhàn)略和技術(shù)參數(shù)。它很明顯,不斷提高的建模與仿真技術(shù)在很大程度上減少需要昂貴的和時間消耗實驗( ipk和互聯(lián)網(wǎng)基金的施舍, 2004年) 。
圖4.8 。建模與仿真在zemi 。
作為一個技術(shù)突出,研究所的生產(chǎn)技術(shù)( ipt ,在rwth -亞琛工業(yè)大學(xué),德國) 是能同時測量孔在鉆孔,鏜孔和切割。的基礎(chǔ)上,測量反饋,削減的立場是糾正的動態(tài)過程中。一動捕獲和補償變形的主軸。這消除了隨后的整理步驟。這種智能鏜刀命名為“國際文憑組織”是有能力制造孔與圓柱度小于5 μ m的(德國弗勞恩霍夫ipt , 2005年) 。該micromilling在ipt采用了傳統(tǒng)的macroscale精密機床,以推動微型刀具。努力是利用硬質(zhì)涂層,以減少刀具磨損,以及主要的挑戰(zhàn)是控制該涂層厚度和保持幾何的microtool 。然而,涂料已證明
積極成果的耐磨性顯示,在數(shù)字4.9a 。高度界定微尺度特點是在球磨ipt顯示,在數(shù)字4.9b 。
(一)比較磨損的微觀銑刀無(左)和(右)硬質(zhì)涂層。(二) micromilled的特點就微尺度物體。
圖4.9 。 micromilling在ipt 。
作為一個研究項目在Twente大學(xué)(荷蘭)命名為“捏造顯微組織粉末爆破, “粒子Jet是針對一個目標(biāo)的機械材料搬遷(圖4.10a ) 。噴嘴是掃描以上的目標(biāo),多次以實現(xiàn)一個統(tǒng)一的蝕刻表面。它是一種快速,廉價和準(zhǔn)確的定向蝕刻技術(shù)的脆性材料,如玻璃, 44 4 。進程硅和陶瓷。時間,至etch通過一個500毫米厚的pyrex晶圓與一噴嘴大約是20分鐘。 4.10b的數(shù)字顯示,一個典型的microfeature獲得這種技術(shù)(微型爆炸, 2005年) 。
一)原則粉爆破。 (二) 400 μ m的深炸毀的玻璃結(jié)構(gòu)。
圖4.10 。微粉爆破。
力學(xué)機械微機械是受密集的實驗和模擬研究在伊利諾伊大學(xué)厄巴納-尚佩恩( uiuc )和美國西北大學(xué);調(diào)校顯示在數(shù)字4.11a和B試點工作包括尺寸效應(yīng)和最低晶片的厚度效應(yīng),彈塑性變形,及微觀結(jié)構(gòu)的影響,在微細加工。模擬研究,包括分子動力學(xué)方法,有限元,機械和建模,多尺度模型。研究人員正在研究uiuc 表面生成機制,在微觀端銑雙方的單相和多相工件
材料。有限元法模擬為鐵素體和珠光體材料進行了尋找的最低芯片厚度。一切削力模型的微觀月底銑削過程中也有人提議預(yù)測的影響刀具刃口半徑對切削力( vogler , devor和卡普爾, 2004年) 。
(一) microturning機( nwu ) 。
(二) 3軸臥式銑機( uiuc ) 。
(三)加工組件。
圖4.11 。微機械在nwu和uiuc 。
穆爾納米技術(shù)系統(tǒng)公司,一家美國公司,致力于開發(fā)和供應(yīng)超精密數(shù)控機床系統(tǒng)。單點金剛石車削和確定性microgrinding 技術(shù)是用于生產(chǎn)的Plano ,球面,非球面,形,自由和光學(xué)。那個提供系統(tǒng)(納米技術(shù)220upl , 350upl , 350fg和500克) ,現(xiàn)已在二,三,四,或五軸線上的軸的車削球面,非球面,環(huán)面。功能還包括慢slideservo 加工(扶輪社執(zhí)政黨)的自由曲面和光柵飛切割freeforms ,線性衍射, 和棱鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)。該納米技術(shù)220upl (圖4.12a )被認為是最準(zhǔn)確的鉆石的轉(zhuǎn)折機,在世界上,由于其槽補償?shù)目諝廨S承主軸的工作表示提供運動精度小于50 nm的通過其1500 RPM的速度范圍( ipk和互聯(lián)網(wǎng)基金的施舍, 2004年) 。
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