激光先進製造基礎實驗 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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張鼕雲 編

圖書標籤:

• 激光技術
• 先進製造
• 實驗教學
• 材料科學
• 光學工程
• 精密儀器
• 工業應用
• 激光加工
• 科研實驗
• 高等教育

齣版社： 北京工業大學齣版社

ISBN：9787563940271

版次：1

商品編碼：11552704

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2014-10-01

用紙：輕型紙

頁數：240

字數：310000

內容簡介

　　《激光先進製造基礎實驗》是編者在北京工業大學激光工程研究院多年的研究生教學與科研的基礎上，根據國內外激光現代製造技術領域的發展趨勢及其應用領域對高級人纔的需求總結編寫而成的。全書介紹瞭二十八個激光加工的基礎性實驗及相關的理論知識，主要內容涵蓋多種激光光源、激光加工工藝對光源的技術要求、激光加工係統組成、激光與材料相互作用的機製及各種激光加工工藝(宏觀加工與微加工)的原理和過程等相關知識。這些內容既包括激光加工的傳統理論，又結閤瞭本領域的前沿技術。本書可作為高等院校激光加工專業研究生的實驗指導書，也可以作為教師、研究生科研工作的參考書或工程技術人員的科學實踐指導書。

前言/序言

《光輝印記：精密加工的藝術與科學》 引言 在人類文明的浩瀚長河中，對物質形態的塑造與改造始終是推動進步的關鍵動力。從石器時代的簡單打磨，到青銅時代的鑄造技藝，再到工業革命的機械加工，每一次飛躍都伴隨著對材料加工方式的革新。如今，我們正步入一個以光為筆、以能為墨的全新時代——精密製造。本書記載的，正是這一時代下，一種深刻影響著材料加工領域，並不斷拓展其邊界的革命性技術——精密加工。它不僅僅是一門技術，更是一種對精度、效率與創新的不懈追求，它將我們對微觀世界的理解轉化為宏觀的實在，為無數前沿科技的發展奠定瞭堅實的基礎。 第一章：精密加工的演進之路 精密加工並非一日之功，它的發展 is a long and arduous journey, spanning centuries of human ingenuity and scientific discovery. 早在古代，人們就已掌握瞭利用自然力或簡單的工具進行有限的精度控製，例如古埃及人用石頭和水來切割巨石，古希臘人則利用杠杆和滑輪進行精確的測量和安裝。然而，這些工藝的精度受到極大限製，且依賴於工匠的個人技藝。 真正意義上的精密加工萌芽於文藝復興時期，隨著科學技術的進步，例如伽利略對精密測量儀器的改良，為精密加工的發展提供瞭可能。工業革命的到來，則將精密加工推嚮瞭一個新的高度。蒸汽機、車床、銑床等機械加工設備的齣現，使得大規模生産高質量、高精度的零件成為可能。這直接催生瞭鍾錶、精密儀器、火炮等行業的興盛。 20世紀，隨著對材料科學、物理學、光學、電子學等學科的深入研究，精密加工的技術手段和理論基礎得到瞭前所未有的發展。激光、超聲波、電化學腐蝕等新興加工方法的齣現，極大地拓展瞭加工材料的範圍和加工精度。尤其是在信息技術、航空航天、生物醫學等領域的飛速發展，對零件的精度、錶麵質量、復雜度的要求不斷提高，進一步驅動瞭精密加工技術的迭代升級。本章將迴顧這一漫長的演進曆程，深入剖析不同曆史時期精密加工的關鍵技術突破和理念變革，為理解當下精密加工的地位和未來發展方嚮打下堅實的基礎。 第二章：精密加工的理論基石 要掌握精密加工的藝術，就必須理解其背後的科學原理。本章將從多個維度深入探討精密加工的理論基石。 首先，材料力學與塑性變形是理解加工過程的基礎。我們將解析在不同加工方式下，材料內部應力、應變的變化規律，以及材料的屈服強度、抗拉強度、硬度等關鍵力學性能如何影響加工效果。例如，在切削加工中，刀具與工件的相互作用會産生巨大的切削力，導緻材料發生塑性變形乃至斷裂，理解這些力學行為有助於優化刀具設計、選擇閤適的切削參數，從而獲得理想的加工錶麵。 其次，熱力學與傳熱學在高溫加工方法中扮演著至關重要的角色。例如，熔煉、焊接、熱處理等過程都涉及到大量的能量輸入和熱量傳遞。我們將探討熱源的産生機理（如電阻加熱、電弧加熱、感應加熱等）、熱量在工件內部的擴散規律，以及高溫對材料微觀結構和宏觀性能的影響。精準控製加工區域的溫度，防止熱變形和材料性能退化，是保證加工精度的關鍵。 再者，流體力學與質量傳遞對於液態或氣態介質參與的加工過程至關重要。例如，在電化學加工（ECM）和化學機械拋光（CMP）中，電解液或拋光液的流動狀態、濃度梯度、離子遷移等都會直接影響加工效率和錶麵質量。我們將分析這些流體動力學因素如何影響物質的去除速率，以及如何通過優化流場來提高加工精度和均勻性。 最後，錶麵科學與界麵現象是理解精密加工最終成果的關鍵。無論何種加工方式，最終都會在工件錶麵留下“印記”。我們將深入研究工件錶麵的化學組成、晶體結構、形貌特徵，以及加工過程中發生的物理化學反應，例如氧化、吸附、脫附等。理解這些界麵現象，有助於我們控製錶麵粗糙度、提高錶麵光潔度、改善錶麵硬度，甚至賦予工件特殊的錶麵功能。 第三章：現代精密加工的核心技術 隨著科技的飛速發展，精密加工的技術譜係日益豐富，並呈現齣高效、智能、微觀化的發展趨勢。本章將聚焦於當代精密加工領域最為核心和前沿的技術。 3.1 機械加工的極緻追求 盡管新技術的層齣不窮，傳統的機械加工依然在精密製造領域占據著舉足輕重的地位。本節將探討超精密車削、磨削和拋光等技術。我們將深入研究精密刀具的設計與製造、高精度機床的結構與控製、以及先進的測量與反饋係統如何共同作用，實現納米級的加工精度。例如，鑽石刀具在超精密車削中能夠加工齣鏡麵般的錶麵，而金剛石滾磨和超精密拋光則能夠進一步降低錶麵粗糙度，滿足光學元件、半導體晶圓等對錶麵質量的極緻要求。 3.2 能量束加工的新紀元 能量束加工以其高能量密度、高方嚮性和可控性，在精密加工領域開闢瞭全新的可能性。激光加工作為其中的代錶，我們將其作為重點。本節將詳細介紹不同類型激光器（如CO2激光、YAG激光、光縴激光、紫外激光等）在材料去除（如激光燒蝕、激光熔化）、材料改性（如激光淬火、激光熔覆）和材料連接（如激光焊接、激光釺焊）等方麵的應用。我們將解析激光與材料相互作用的物理過程，包括光吸收、熱擴散、等離子體形成等，並探討如何通過調控激光參數（功率、脈寬、掃描速度、光斑尺寸等）來實現對加工精度的精確控製。 3.3 電火花加工（EDM）與電化學加工（ECM）的優勢 電火花加工（EDM）和電化學加工（ECM）是兩種重要的非傳統加工方法，它們特彆適用於加工高硬度、高強度、難加工材料，並且能夠實現復雜的幾何形狀。本節將分析EDM的電脈衝放電原理，探討電極材料、脈衝參數、介質選擇對加工精度、效率和錶麵質量的影響。對於ECM，我們將闡述其電化學腐蝕機理，分析電解液的成分、流速、電壓等參數如何決定加工效果，並討論其在模具製造、航空發動機葉片加工等領域的廣泛應用。 3.4 微納加工的挑戰與突破 隨著電子器件、微機電係統（MEMS）等技術的發展，對微米乃至納米尺度下零部件的加工需求日益迫切。本節將介紹微納加工的關鍵技術，包括光刻、電子束光刻、聚焦離子束（FIB）加工、微型電火花加工以及原子層沉積（ALD）等。我們將探討這些技術如何在微觀尺度上實現精確定位和精確物質轉移，以及它們在半導體芯片製造、生物芯片設計、微型傳感器開發等前沿領域的關鍵作用。 第四章：精密加工的工藝優化與質量控製 掌握瞭核心技術，如何將其轉化為高效、穩定的生産過程，並確保産品質量，是精密加工實踐中的重中之重。 4.1 工藝參數的選擇與優化 每種精密加工技術都有其獨特的工藝參數。本節將深入探討工藝參數的選擇策略。我們將分析切削速度、進給量、切削深度、激光功率、脈衝寬度、電解液濃度、加工電壓等關鍵參數如何影響加工精度、錶麵質量、材料去除率以及刀具/電極壽命。同時，我們將介紹實驗設計（DOE）和響應麵法（RSM）等統計學工具，如何科學地安排實驗，找到最優的工藝參數組閤，實現加工過程的優化。 4.2 刀具/模具與工件的相互作用 精密加工的精度很大程度上取決於刀具或加工能量源與工件之間的相互作用。本節將聚焦於刀具/模具的設計、製造與磨損。我們將探討不同材料刀具（如硬質閤金、陶瓷、金剛石）的性能特點，以及先進的刀具塗層技術如何提高耐磨性和加工效率。對於能量束加工，我們將分析能量源的聚焦特性、光束質量以及電極的形狀穩定性。同時，我們還將討論磨損機理（如磨損、疲勞、腐蝕）以及磨損補償的策略，以維持加工過程的穩定性和精度。 4.3 錶麵質量的評價與提升 加工完成後，對工件錶麵質量的評價是確保産品閤格的關鍵環節。本節將介紹錶麵質量的錶徵方法，包括錶麵粗糙度（Ra, Rz, Rq等）、錶麵形貌（通過掃描電子顯微鏡SEM、原子力顯微鏡AFM等）、錶麵化學成分（通過X射綫光電子能譜XPS等）以及錶麵缺陷（如劃痕、麻點、氧化層等）的檢測。在此基礎上，我們將探討錶麵處理技術，如拋光、鈍化、塗層、激光重熔等，如何進一步提升和改善工件的錶麵性能，滿足特定的應用需求。 4.4 智能化與自動化在精密加工中的應用 現代精密加工正朝著智能化和自動化的方嚮發展。本節將介紹傳感器技術在加工過程中的應用，如力傳感器、溫度傳感器、視覺傳感器等，如何實時監測加工狀態，為過程控製提供依據。我們將探討閉環控製係統，如何根據傳感器反饋信號，自動調整加工參數，實現對加工過程的精準控製。同時，我們將介紹機器人技術在自動化上下料、刀具更換、産品檢測等方麵的應用，如何提高生産效率和降低人工成本。 第五章：精密加工的應用領域與未來展望 精密加工作為一項基礎性、戰略性的技術，其應用已經滲透到國民經濟的各個領域，並且隨著科學技術的不斷發展，其應用範圍還在持續拓展。 5.1 關鍵行業的支撐作用 精密加工是航空航天領域不可或缺的技術。從飛機發動機的渦輪葉片、起落架部件，到火箭發動機的精密噴嘴，都需要極高的加工精度和可靠性。汽車製造也高度依賴精密加工，例如發動機缸體、活塞、麯軸等核心部件的製造，以及高精度傳感器和電子控製單元的封裝。在電子信息領域，半導體芯片的製造、精密連接器的生産、高密度印刷電路闆的加工，都離不開精密加工的身影。生物醫學領域，微創手術器械、人工關節、精密醫療設備（如CT掃描儀、MRI設備）的製造，也對精密加工提齣瞭極高的要求。此外，新能源、國防軍工、精密儀器儀錶等行業，都受益於精密加工技術的進步。 5.2 未來發展趨勢 展望未來，精密加工將繼續朝著更加高效、智能、綠色、微納化的方嚮發展。 超高精度與超微細加工： 隨著對材料微觀結構和量子效應的深入研究，原子級或分子級的精密加工將成為可能。 智能製造與數字化轉型： 基於大數據、人工智能、數字孿生等技術，實現加工過程的自適應優化、故障預測和遠程監控。 綠色製造與可持續發展： 減少加工過程中的能耗和材料浪費，開發環保型加工介質和工藝。 多材料與多功能集成加工： 實現不同材料在同一加工過程中進行精確連接和功能集成。 增材製造（3D打印）與減材製造的融閤： 結閤增材製造的靈活性和減材製造的精度，實現復雜結構的精密製造。 結語 《光輝印記：精密加工的藝術與科學》不僅僅是一本技術手冊，更是一扇通往未來製造世界的大門。通過對精密加工曆史演進的梳理，對核心理論的深入剖析，對當代關鍵技術的詳細解讀，以及對工藝優化與質量控製的實踐指導，我們希望能夠激發讀者對這一領域的濃厚興趣。精密加工，這項用光、用電、用機械之精微，在物質世界刻下“光輝印記”的偉大技藝，將繼續塑造我們的生活，推動人類文明不斷嚮前邁進。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名聽起來就充滿瞭科技感，感覺能學到不少尖端技術。不過，我拿到手仔細翻閱後，發現裏麵的內容似乎更側重於基礎概念的講解，而非我原本期待的那些“先進”的實際操作和案例。比如，關於激光器的工作原理，書裏用瞭大量的篇幅去闡述光腔的穩定性、增益介質的特性、泵浦機製的細緻分類等等，這些固然重要，但對於想直接上手做實驗、解決實際製造問題的我來說，顯得有些過於理論化。我更希望能夠看到更多關於不同激光類型（如CO2激光、光縴激光、皮秒激光）在不同材料（金屬、塑料、陶瓷）上加工的詳細參數設置、工藝窗口的探索，以及如何根據具體産品需求來選擇閤適的激光源和加工策略。書裏雖然提到瞭“基礎實驗”，但我感覺這些實驗更多的是為瞭驗證基本原理，而不是為瞭掌握解決復雜製造挑戰的技能。例如，在講到激光焊接時，書中更多的是介紹焊縫形成的微觀機理、熱影響區的擴展模型，但我更想知道的是，在實際生産中，如何通過調整激光功率、掃描速度、焦點位置等參數，來優化焊縫的強度、光潔度，或者減少變形和裂紋的産生。這本書給我一種“理論先行”的感覺，它為理解激光加工的“為什麼”打下瞭堅實的基礎，但對於“怎麼做”的深入指導，可能還需要我再去尋找其他的資源。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對激光技術應用充滿好奇的讀者，這本書的題目《激光先進製造基礎實驗》的確是一開始就抓住瞭我的眼球。它承諾的是“先進製造”中的“基礎實驗”，這個結閤聽起來非常實用。然而，在閱讀的過程中，我發現這本書在“先進”這個詞的詮釋上，可能與我的理解有些齣入。書中的內容更像是對現有成熟的激光加工技術的一個係統性梳理和基礎實驗的演示，而非對前沿技術或者顛覆性工藝的探索。例如，在介紹激光切割時，書中詳細講解瞭不同類型激光器（CO2, YAG, Fiber）的切割原理、影響切割質量的因素（如切割速度、功率、焦點位置、氣體輔助）以及一些標準的實驗步驟，這對於理解激光切割的基本原理非常有幫助，但並沒有涉及到諸如超快激光（皮秒、飛秒）在精密切割中的應用，或者如何利用人工智能優化切割路徑以實現極緻的效率和質量。同樣，在激光焊接和錶麵處理的部分，也更多的是對經典方法的介紹，對於如何實現更精細的錶麵改性、新型閤金的激光焊接，或者如何利用激光進行3D打印的先進工藝，著重介紹的篇幅相對較少。總的來說，這本書更像是一本詳盡的“激光加工入門手冊”，它為學習者提供瞭堅實的基礎知識和操作指導，但如果期待的是能夠瞭解並實踐當前最尖端的激光製造技術，那麼這本書的內容可能略顯保守。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名《激光先進製造基礎實驗》確實讓人充滿期待，仿佛能一下子觸碰到工業製造的未來脈搏。翻開書頁，撲麵而來的是濃厚的學術氛圍，以及對激光物理和光學原理的詳盡闡述。當然，這些基礎知識是理解任何先進技術的前提，但對於我這種更傾嚮於“實踐齣真知”的讀者而言，書中大量篇幅用於講解激光器的分類、諧振腔的設計、光束質量的錶徵等，雖然嚴謹，但確實讓我有些望而卻步。我更希望看到的是，如何將這些基礎原理巧妙地應用於解決實際的製造難題。例如，在討論激光打孔時，我期待的是關於如何控製孔的圓度和深度、如何避免熔渣和熱影響區、以及如何實現微納孔陣列的製造等方麵的具體實驗方法和參數優化。書中雖然也包含瞭一些實驗的描述，但往往停留在對現象的觀察和對基本參數變化的記錄，對於如何深入分析實驗結果、發現潛在的加工窗口、或者如何根據不同材料和應用場景來設計個性化的實驗方案，指導性不夠強。這本書給瞭我一套“如何搭建實驗颱”的圖紙，但關於“如何用這個實驗颱做齣驚人的成品”的秘籍，似乎還需要我去更廣闊的天地裏尋找。

評分☆☆☆☆☆

這本書的命名確實很吸引人，畢竟“激光先進製造”是當前工業領域的熱點。當我打開這本書，期待能夠快速掌握一些能立即應用到實際工作中的技巧時，我感到有些許意外。書中很多章節的重點似乎放在瞭光學原理、材料科學的基礎知識以及一些非常基礎的物理概念上，這對於一個已經有一定激光加工經驗的人來說，內容略顯陳舊和重復。例如，關於反射、摺射、衍射的物理學原理，雖然是激光的基礎，但在“先進製造”的語境下，我更希望看到的是如何利用這些原理來設計更精密的聚焦係統、實現更高效的光束整形，或者解決在復雜幾何形狀上加工時齣現的衍射損耗問題。書中對激光與物質相互作用的介紹，也更多地集中在宏觀的能量吸收和相變上，而對於一些更精細的現象，比如等離子體的産生與演變、材料燒蝕的動力學過程、或者不同脈衝寬度激光對材料微觀結構的影響，討論得不夠深入。我尤其希望能找到關於如何通過優化激光參數來控製材料的微觀組織、改善錶麵質量（如降低粗糙度、減少氧化層厚度），或者實現納米尺度的加工。這本書更像是為完全沒有接觸過激光技術的初學者量身定製的入門讀物，它給瞭我一個紮實的“第一步”，但距離我期望中的“先進製造”實踐，還有很長的路要走。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字就帶著一種科技的光環，“激光先進製造基礎實驗”，光聽著就讓人覺得能學到很多關於未來工業的知識。然而，當我真正沉浸其中後，纔發現它更像是一本紮實的“基礎課本”，而不是一本“前沿應用指南”。書中對於激光的基本原理，例如光子學、能量耦閤、熱擴散等，進行瞭非常係統和深入的講解，這無疑為理解激光加工的底層邏輯打下瞭堅實的基礎。但與此同時，我發現書中很少涉及一些當下非常熱門的“先進製造”領域，比如激光增材製造（3D打印）中的各種復雜工藝，如選擇性激光熔融（SLM）、選擇性激光燒結（SLS）等，在材料選擇、參數調控、後處理優化等方麵的具體案例和深度分析。另外，關於激光在微納加工、超精密加工、甚至在生物醫藥領域的應用，書中也幾乎沒有提及。即使是傳統的光學加工，如激光精密切割、焊接、錶麵強化等，書中也更多的是以基礎實驗的視角來展開，側重於對基本現象的觀察和對理論的驗證，而對於如何通過這些實驗來解決工業生産中的實際痛點，例如提高加工效率、降低成本、提升産品性能等方麵，著重探討的篇幅並不多。這本書更像是一個通往“先進製造”大門的“敲門磚”，它幫助我打好瞭基礎，但要真正進入“先進製造”的殿堂，我還需要繼續探索和學習。