第一篇：特種加工技術論文

特種加工技術概論

摘要：特種加工技術是直接借助電能、熱能等各種能量進行材料加工的重要工藝方法。本文簡介了電火花加工，電化學加工，超聲波加工等各種不同的特種加工技術，并介紹了特種加工技術的特點及未來發(fā)展方向趨勢。

關鍵詞：特種加工 電火花加工 電化學加工 離子束加工 超聲波加工 快速成形

一.前言：

近年來，計算機技術、微電子技術、自動控制技術、國防軍工和航空航天技術發(fā)展迅速，與此同時，高度、高韌性、高強度和高脆性等難切削材料的應用日益廣泛，制造精密細小、形狀復雜和結構特殊工件的求也在日益增加。社會需求與技術進步的結合促使特種加工技術不斷進步和快速發(fā)展。所謂特種加工，是一種利用化學能、電能、聲能、機械能以及光能和熱能對金屬或非金屬材料進行加工的方法。其工作原理不同于傳統(tǒng)的機械切削方法，即加工過程中工件與所用工具之間沒有明顯的切削力，工具材料的硬度也可低于工件材料的硬度。特種加工技術在國內外各行各業(yè)的應用中取得了巨大成效，它們有著各自的特點，特殊材料或特殊結構工件的加工工藝性發(fā)生了根本變化，解決了傳統(tǒng)加工方法所遇到的各種問題，已經成為現(xiàn)代工業(yè)領域中不可缺少的重要加工手段和關鍵制造技術。

二.特種加工的特點

特種加工與一般機械切削加工相比，有其獨特的優(yōu)點，在某種場合上，它是一般機械切削加工的補充，擴大了機械加工的領域。它具有以下較為突出的特點

（1）不用機械能，與加工對象的機械性能無關，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，是利用熱能、化學能、電化學能等，這些加工方法與工件的硬度強度等機械性能無關，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點、高強度、特殊性能的金屬和非金屬材料。

（2）非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。

（3）微細加工，工件表面質量高，有些特種加工，如超聲、電化學、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細進行，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工表面。

（4）不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應力、殘余應力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩(wěn)定性好。

（5）兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。

（6）特種加工對簡化加工工藝、變革新產品的設計及零件結構工藝性等產生積極的影響。

三.特種加工的分類

與其它先進制造技術一樣，特種加工正在研究、開發(fā)推廣和應用之中，具有很好的發(fā)展?jié)摿蛻们熬?。依據加工能量的來源及作用形式列舉各種常用的特種加工方法。特種加工按照所利用的能量形式來分類，具體如下:（1）電、熱能 電火花加工、電子束加工、等離子加工。（2）電、機械能 離子束加工。

（3）電、化學能 電解加工、電解拋光。

（4）電、化學能、機械能 電解磨削、陽極機械磨削。（5）光、熱能 激光加工。

（6）化學能 化學加工、化學拋光。（7）聲、機械能 超聲加工。

（8）機械能 磨料噴射加工、磨料流加工、液體噴射加工。

目前，生產實用中應用最廣的是電火花加工、電化學加工、離子束加工、超聲加工、磨料水射流切割技術和液中放電成形加工。1.電火花加工

電火花加工的原理是基于工具和工件之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸形狀及表面質量預定的加工要求。按

工具電極和工件相對運動的方式和用途的不同，電火花加工工藝大致可分為電火花成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉加工、電火花高速小孔加工、電火花放電沉積與刻字六大類。

1.1 電火花放電沉積的基本原理與特點

電火花放電沉積的原理是利用脈沖電路的充放電原理，采用導電材料(硬質合金、石墨、合金鋼、鋁和銅等)作為工具電極(陽極)，在空氣或特殊的氣體中使之與被強化的金屬工件(陰極)之間產生火花放電。當工具電極與工件達到某個距離電場強度足以使介質電離擊穿時兩者之間就產生火花放電，使電極端部與工件表面微區(qū)發(fā)生熔化甚至氣化，熔融金屬在熱作用，電磁力和機械力的作用下沉積在工件表面。電極與工件的放電間隙頻繁發(fā)生變化，電極與工件間不斷發(fā)生火花放電，從而實現(xiàn)放電沉積。1.2 極性效應

在電火花放電加工過程中，無論是正極還是負極，都會受到不同程度的電蝕。這種單純由于正、負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應。因此，當采用窄脈沖、精加工時應選用正極性加工；當采用長脈沖、粗加工時，應采用負極性加工，此時可得到較高的蝕除速度和較低的電極損耗。從提高加工生產率和減小工具損耗的角度來看，極性效應愈顯著愈好，故在電火花加工中必須充分利用。當用交變的脈沖電流加工時，單個脈沖的極性效應便相互抵消，增加了工具的損耗，因此，電火花加工一般采用單向脈沖電源。1.3 電火花加工中電極損耗分析與解決措施

電火花在整個加工過程中要受到各種干擾因素的影響, 這些干擾因素直接或間接地影響著加工質量。在電火花加工過程中電極損耗分為絕對損耗和相對損耗。造成電極損耗的原因有：小面積精加工，加工件結構尺寸偏小，加工時間過長，電極裝夾不當等因素。因此為了減少電極的損耗一般有以下方法：（1）有效排除電蝕物（2）電極材料和加工參數的合理選用（3）提高加工技能和安全操作意念等等。電火花加工電極損耗和變形是一個復雜的過程。為了降低電極損耗程度, 減少變形, 除了充分利用放電過程的極性效應和吸附效應外, 同時也要選用適宜的電極材料, 并且在實際的加工過程中要根據具體的加工對象實施一定的加工技巧和選擇合適的加工參數。

1.4 電火花加工的發(fā)展趨勢

電火花線切割加工技術在相當長的時間里間都是采用精規(guī)準參數進行一次切割成型,其切割速度與加工表面質量之間存在著一定的矛盾。中國特有的高速走絲電火花線切割機長期存在的加工質量問題, 可以采用多次切割工藝來解決?，F(xiàn)目前中速走絲電火花線切割機是一種價格較低, 加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走絲與慢走絲的一種機床,具有很好的發(fā)展前景。2.電化學加工

電化學加工是利用電化學反應（或稱電化學腐蝕）對金屬材料進行加工的

方法。與機械加工相比，電化學加工不受材料硬度、韌性的限制，已廣泛用于工業(yè)生產中。常用的電化學加工有電解加工、電磨削、電化學拋光、電鍍、電刻蝕和電解冶煉等。近期,電化學加工工藝技術研究涉及的方向主要集中在超純水電解加工、微細加工、加工間隙的檢測與控制、數字化設計與制造技術等重點領域。

2.1 電解加工的優(yōu)缺點

（1）加工范圍廣不受金屬材料本身力學性能的限制（2）電解加工的生產效率高（3）可以達到較好的表面粗糙度（4）加工過程中陰極工具在理論上不會損耗（5）加工過程中沒有切削力可以不會產生殘余應力和變形。但是任何一種加工方式都有它的弊端，在電化學加工過程中也有缺點和其局限性：（1）不易達到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性（2）電極工具的設計和修正比較麻煩（3）電極加工的附屬設備較多。（4）電解產物需要進行妥善的處理，否則將污染環(huán)境。

2.2 未來展望

近階段,電解加工的研究重點及應用領域主要會集中在以下幾個方向:(1)電化學微精加工的深入研究電化學加工技術具有加工機理的獨特優(yōu)勢以及在微精甚至在納米加工領域進一步研究探索的空間,但還必須在自身工藝規(guī)律認識和完善的基礎上不斷創(chuàng)新。具體應關注: ①進一步完善硬件系統(tǒng),如微進給系統(tǒng)及微控工作臺的性能及可靠性的提升;加工過程自動檢測與適應控制研發(fā)的深化;②微精加工機理的研究，尤其是中、高頻率脈沖電流條件下,微精加工電化學反應系統(tǒng)動力學等方面的深入研究。(2)脈沖電源的深化研發(fā)微秒級脈沖電源的工程化完善以及在工業(yè)領域的大力推廣應用。納秒級脈沖電源、群脈沖電源、逆變式脈沖電源的性能完善。(3)理論成果向實際應用的轉化。諸如加工間隙的檢測與控制、陰極數字化設計、電解加工過程的模擬與仿真等均是電化學加工的關鍵技術,不能僅僅在各種基金支持下獲得理論成果即束之高閣,而應盡快由實驗室向工業(yè)生產現(xiàn)場轉移。

3.離子束加工

聚焦離子束技術是一種集形貌觀測、定位制樣、成分分析、薄膜淀積和無掩膜刻蝕各過程于一身的新型微納加工技術。離子束納米加工,具有傳統(tǒng)加工方法無可比擬的優(yōu)勢而逐漸成為新一代精加工方法，在微納米加工、操縱以及器件的研制等方面具有重要應用。納米測量學在納米科技中起著信息采集和分析的不可替代的重要作用,納米加工是納米尺度制造業(yè)的核心,發(fā)展納米測量學和納米加工的一個重要方法就是電子束與離子束技術。4.超聲波加工

超聲加工是利用超聲頻作小振幅振動的工具，并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。其加工原理是超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，換能器將超聲

頻電振蕩轉變?yōu)槌暀C械振動，通過振幅擴大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振產生超聲波振動，迫使磨料懸浮液高速地不斷撞擊、拋磨被加工表面使工件成型。超聲加工的主要特點：不受材料是否導電的限制；工具對工件的宏觀作用力小、熱影響小，因而可加工薄壁、窄縫和薄片工件；被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或強度、韌性越大則越難加工；由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度應比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料；可以與其他多種加工方法結合應用，如超聲振動切削、超聲電火花加工和超聲電解加工等。4.1 高效超聲波光整技術原理

高效超聲波光整技術是利用超聲波振動冷壓加工原理。它是將一臺高效超聲波表面光整設備裝于車床刀架上，利用工件的回轉，磨頭對零件表面作高頻率短促的往復振動沖擊運動，以一定的沖擊力敲擊被加工表面的加工方法。其冷壓加工是充分利用金屬的塑性，使零件的表面層金屬在外力作用下產生細微塑性殘余變形，從而達到改變其表面性能，形狀和尺寸的目的。5.快速成形

快速成形技術的基本原理是基于“離散—堆積”的成形方法, 借助三維CAD 軟件, 或用實體反求方法采集得到有關原型或零件的幾何形狀、結構和材料的組合信息, 從而獲得目標原型的概念并以此建立數字化描述CAD 模型, 之后經過一定的轉換或修改, 將三維虛擬實體表面轉換為用一系列三角面片逼近的表面, 生成面片文件, 再按虛擬三維實體某一方向將CAD 模型離散化, 分解成具有一定厚度的層片文件, 由三維輪廓轉換為近似的二維輪廓, 然后根據不同的快速成形工藝對文件進行處理, 對層片文件進行檢驗或修正并生成正確的數控加工代碼, 通過專用的CAM 系統(tǒng)控制材料有規(guī)律地、精確地疊加起來(堆積)而成一個三維實體制件,快速成形技術的成形方法多達十余種,目前應用較多的有立體光固化法，選擇性激光燒結、分層實體制造、熔積成形等。這些工藝方法都是在材料疊加成形的原理基礎上,結合材料的物理化學特性和先進的工藝方法而形成的,它與其他學科的發(fā)展密切相關。5.1 快速成形技術特點:(1)制造快速(2)技術高度密集(3)自由成形制造(4)制造過程高柔度性(5)可選材料的廣泛性(6)廣泛的應用領域(7)突出的技術經濟效益 5.2 快速成形制造技術的發(fā)展趨勢

最近隨著新材料技術、新工藝及信息網絡化等方面的進步，許多新快速成型制造技術不斷涌現(xiàn)并應用在各領域，主要出現(xiàn)在快速模具，納米制造、仿生制造和集成制造等領域。6.磨料水射流切割技術

隨著我國經濟的迅猛發(fā)展,各行各業(yè)對切割技術的需求越來越大,對切割質量的要求也越來越高。水射流都已成為新型的切割加工方法之一。水射流切割分為純水射流切割和磨料水射流切割兩種。純水射流切割是以純水作為能量載

體, 其結構簡單,噴嘴磨損慢, 但切割能力差。磨料水射流切割以水和磨料的混合液作為能量載體, 切割能力強,能切割幾乎所有的材料,其卓越的應用效果越來越被人們

7.液中放電成形加工

液中放電成形加工：它是利用液電效應對金屬進行沖壓成形的工藝方法。當高壓脈沖放電在液體中發(fā)生時，液體內會產生強烈的爆炸，其沖擊壓力可達102～104M Pa，這就是所謂的液電效應，也叫電水錘效應。該法具有成形速度高，可用于高強高硬的金屬材料；工件回彈小，加工精度高；能同時完成拉伸、沖孔、剪切、壓印、翻邊等多種工序等優(yōu)點。該法適合形狀復雜及高強高硬金屬工件的沖壓成形。液電沖壓成形法在國外的機械加工行業(yè)中已有應用，并已有這種成形設備的系列產品面世。四.特種加工的發(fā)展趨勢

為進一步提高特種加工技術水平及擴大其應用范圍, 當前特種加工技術的發(fā)展趨勢主要包括以下幾點:1)采用自動化技術。充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進行優(yōu)化,使加工設備向自動化、柔性化方向發(fā)展, 這是當前特種加工技術的主要發(fā)展方向。2)趨向精密化研究。高新技術的發(fā)展促使高新技術產品向超精密化與小型化方向發(fā)展, 對產品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴格的要求。為適應這一發(fā)展趨勢, 特種加工的精密化研究已引起人們的高度重視, 3)開發(fā)新工藝方法及復合工藝。為適應產品的高技術性能要求與新型材料的加工要求, 需要不斷開發(fā)新工藝方法, 包括微細加工和復合加工, 尤其是質量高、效率高、經濟型的復合加工, 如工程陶瓷、復合材料以及聚晶金剛石等。五.結束語

特種加工技術涵蓋了機械、材料等技術,是一門綜合的科學加工技術其發(fā)展異常迅速。加工尺度的微細化,加工方法的復合化和加工過程的自動化,已成為特種加工技術研究發(fā)展的熱點。隨著科學技術的飛速發(fā)展, 特種加工必將不斷完善和迅速發(fā)展, 特種加工必將成為推動科學技術和現(xiàn)代制造工業(yè)發(fā)展的中堅力量。參考文獻: [ 1 ] 孔慶華.特種加工[M ].上海:同濟大學出版社, 2003.[ 2 ] 趙萬生.特種加工技術[M ].北京:高等教育出版社, 2001.[ 3 ] 曹鳳國.超聲加工技術[ M].北京: 化學工業(yè)出版社, 2005 [ 4 ] 張遼遠.現(xiàn)代加工技術[ M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2002 [ 5 ] 陳曉華.快速成形技術[ J ].電氣制造, 2006(3).[ 6 ] 華林, 王華昌.激光切割和水切割技術[J ].機械制造, 1996(2).[ 7 ] 薛勝雄, 黃汪平.我國高壓水射流設備的發(fā)展動向[J ].流體機械, 1999(1).

第二篇：特種加工技術課程論文

《特種加工技術》課程論文

摘要：特種加工方法，是難切削材料、復雜型面、精細表面、低剛度零件及模具加工中的重要工藝方法。本文介紹了特種加工技術的特點、類別，并分別較深入地介紹了激光加工、電火花加工、電火花線切割加工技術的技術特點，原理和最新進展。并預測今后特種加工的發(fā)展方向，最后給予特種加工技術展望。

關鍵詞：特種加工；電火花加工；電火花線切割加工；激光加工

前言

近年來，計算機技術、微電子技術、自動控制技術、國防軍工和航空航天技術發(fā)展迅速，與此同時，高度、高韌性、高強度和高脆性等難切削材料的應用日益廣泛，制造精密細小、形狀復雜和結構特殊工件的求也在日益增加。社會需求與技術進步的結合促使特種加工技術不斷進步和快速發(fā)展。所謂特種加工，是一種利用化學能、電能、聲能、機械能以及光能和熱能對金屬或非金屬材料進行加工的方法。其工作原理不同于傳統(tǒng)的機械切削方法，即加工過程中工件與所用工具之間沒有明顯的切削力，工具材料的硬度也可低于工件材料的硬度。特種加工技術在國內外各行各業(yè)的應用中取得了巨大成效，它們有著各自的特點，特殊材料或特殊結構工件的加工工藝性發(fā)生了根本變化，解決了傳統(tǒng)加工方法所遇到的各種問題，已經成為現(xiàn)代工業(yè)領域中不可缺少的重要加工手段和關鍵制造技術。[1]特種加工的特點

特種加工與一般機械切削加工相比，有其獨特的優(yōu)點，在某種場合上，它是一般機械切削加工的補充，擴大了機械加工的領域。它具有以下較為突出的特點。

（1）不用機械能，與加工對象的機械性能無關，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，是利用熱能、化學能、電化學能等，這些加工方法與工件的硬度強度等機械性能無關，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點、高強度、特殊性能的金屬和非金屬材料。

（2）非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。

（3）微細加工，工件表面質量高，有些特種加工，如超聲、電化學、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細進行，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工表面。

（4）不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應力、殘余應力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩(wěn)定性好。

（5）兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。

（6）特種加工對簡化加工工藝、變革新產品的設計及零件結構工藝性等產生積極的影響。

特種加工的分類

與其它先進制造技術一樣，特種加工正在研究、開發(fā)推廣和應用之中，具有很好的發(fā)展?jié)摿蛻们熬?。依據加工能量的來源及作用形式列舉各種常用的特種加工方法。特種加工按照所利用的能量形式來分類，具體如下:（1）電、熱能 電火花加工、電子束加工、等離子加工。（2）電、機械能 離子束加工。

（3）電、化學能 電解加工、電解拋光。

（4）電、化學能、機械能 電解磨削、陽極機械磨削。（5）光、熱能 激光加工。

（6）化學能 化學加工、化學拋光。（7）聲、機械能 超聲加工。

（8）機械能 磨料噴射加工、磨料流加工、液體噴射加工。

目前，生產實用中應用最廣的是電火花加工、電火花線切割加工、激光加工、超聲加工和電化學加工技術。

電火花加工

電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產生的電蝕作用蝕除導電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱EDM。1.電火花加工的工作原理

進行電火花加工時，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或將工作液充入放電間隙。通過間隙自動控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進給，當兩電極間的間隙達到一定距離時，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產生火花放電。

電火花加工

在放電的微細通道中瞬時集中大量的熱能，溫度可高達一萬攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。這時在工件表面上便留下一個微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復絕緣狀態(tài)。

緊接著，下一個脈沖電壓又在兩電極相對接近的另一點處擊穿，產生火花放電，重復上述過程。這樣，雖然每個脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬次脈沖放電作用，就能蝕除較多的金屬，具有一定的生產率。

電火花加工

在保持工具電極與工件之間恒定放電間隙的條件下，一邊蝕除工件金屬，一邊使工具電極不斷地向工件進給，最后便加工出與工具電極形狀相對應的形狀來。因此，只要改變工具電極的形狀和工具電極與工件之間的相對運動方式，就能加工出各種復雜的型面。

工具電極常用導電性良好、熔點較高、易加工的耐電蝕材料，如銅、石墨、銅鎢合金和鉬等。在加工過程中，工具電極也有損耗，但小于工件金屬的蝕除量，甚至接近于無損耗。

工作液作為放電介質，在加工過程中還起著冷卻、排屑等作用。常用的工作液是粘度較低、閃點較高、性能穩(wěn)定的介質，如煤油、去離子水和乳化液等。

2.電火花加工的主要特點

①能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復雜形狀工件；

②加工時無切削力；

③不產生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；

④工具電極材料無須比工件材料硬；

⑤直接使用電能加工，便于實現(xiàn)自動化；

⑥加工后表面產生變質層，在某些應用中須進一步去除；

⑦工作液的凈化和加工中產生的煙霧污染處理比較麻煩。

電火花加工的主要用途是：①加工具有復雜形狀的型孔和型腔的模具和零件；②加工各種硬、脆材料如硬質合金和淬火鋼等；③加工深細孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；④加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。

3.電火花加工的應用領域及最新進展

它包括電火花型腔加工和穿孔加工兩種。電火花型腔加工主要用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木膜的型腔。電火花穿孔加工主要用于型孔（圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年來，為了解決小孔加工中電極截面小、易變形、孔的深徑比大、排屑困難等問題，在電火花穿孔加工中發(fā)展了高速小孔加工，取得良好的社會經濟效益。當前，電火花加工機的各項工藝指標均已達到很高的水平，機床具有了優(yōu)越的性能與強大的功能。在這種情況下，進一步發(fā)展就應該呈現(xiàn)出新的特點。電加工技術的發(fā)展趨勢歸納為五化：精密微細化、智能化、個性化、綠色環(huán)?；透咝Щ痆2]。

研究表明，對于同一種金屬材料，在電火花加工時，存在一個最佳脈沖參數組合。所謂最佳脈沖參數，是指在一定的表面粗糙度和工具電極損耗的前提下能獲得的最高生產率。即隨著加工電流的改變，存在一個最佳的加工電流值，低于或者超過這個最佳值，都會降低加工速度；在其它電規(guī)準不變的情況下，隨著脈沖寬度的改變，也存在一個最佳的脈寬值，低于或者超過這個最佳脈寬值，都會降低電火花加工的速度。脈間減小，脈寬系數增大，加工速度提高。當設定的極間距離比常用的加工條件窄時，放電產生的加工液沸騰、氣化膨脹使得放電通道周圍介質可獲得較大的流速，有效地利用這種原理，將加工屑、析碳等從極間排出去。這樣做可減小脈沖間隔時間，增加放電頻率，促進放電生成物的排出，提高加工效率。上海交通大學系統(tǒng)地研究了使用該方法的放電加工特性，在峰值電流為60A，脈沖寬度為200μs，脈寬系數為80%，平均極間距為47μm時，即使不采用定時抬刀，仍然可以將放電生成物順利排極間，從而實現(xiàn)高效率放電加工[3]。

采用工作液中加入氣體的方式，以提高電火花加工效率是近幾年的研究熱點之一。日本的M.Kunieda 等采用水作工作液，并向工作液中通入氧氣，可以觀察到更大的放電凹坑和更加頻繁的放電，加工速度也相應提Kunieda 等又以氧氣作工作介質，研究了氣中放電三維銑削加工，最大加工效率達12.2mm3/min，是同樣加工條件下普通電加工銑削效率的6倍[4]。此外，利用非燃性工作液或在工作液中加入添加劑的電火花加工可成倍提高加工速度。日本的三菱電機公司、Sodick 公司相繼開發(fā)了利用水基工作液的電火花成形加工機，在水基工作液中加工鋼材，在相同的平均加工電流下，其加工速度比煤油工作液高出2～3 倍。

日本的國枝正典等人，在研究電火花加工放電位置檢測技術的基礎上，進行了放電位置的可控性研究。其試驗原理基于對放電等效回路的分析，可以在納秒數量級內獲得優(yōu)先擊穿的幾率[5]。這一研究進展對于電火花加工 的過程控制可能帶來非常深刻的影響，很有可能將過去被動的控制策略變成為主動控制策略，從而不必依賴延長放電停歇時間來保證間隙消電離，避免放電集中導致的拉弧等有害放電。這樣不僅可以保證加工更加穩(wěn)定，而且可以大幅度提高加工效率。

為實現(xiàn)高效電火花加工，全面推動電火花加工設備的技術進步，在采用先進控制系統(tǒng)的同時，機床結構的設計也需要進一步完善，其研究進展主要表現(xiàn)在以下幾方面：以往直線電機主要用在加工中心上。目前，直線電機在沙迪克公司生產的EDM和WEDM機床上已廣泛使用。直線電機的使用，滿足了EDM加工高速響應的特別要求。最大驅動力高達3000N，速度可100m/min，最大加速度達1g 以上。能消除由于電蝕產物未排除而發(fā)生的集中放電，二次放電間隙不均勻等現(xiàn)象也得到極大的抑制，從而改善了加工質量，提高了加工效率[6]。在驅動方式上，過去常以滾珠絲杠驅動工作臺。近年來，不斷探索采用新型的驅動方式，如具有快速響應的電磁式線性驅動裝置、壓電元件和磁致伸縮振子驅動裝置等的應用已成為一種發(fā)展趨勢，這些都有利于電火花加工速度的提高[7]。

在工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)設計中，優(yōu)化結構設計，最大限度地發(fā)揮工作液在加工過程中的輔助功能，以獲得生產率最高的最佳加工效果。在這方面應敢于創(chuàng)新并進行相應的實驗嘗試，不斷改進優(yōu)化設計方法，通過將研究成果應用于生產實踐，全面提高電火花加工的加工性能。比如蘇州電加工機床研究所葉軍所長等人發(fā)明設計的一種高效放電銑削加工的高效冷卻及排出蝕除物方法，其特征在于加工中將浸泡冷卻、內沖液冷卻及排出蝕除物、外包液冷卻及排出蝕除物三種冷卻方式有機組合，有效地解決了高效放電銑削加工中冷卻和排除蝕除物的難題，對高效放電銑削加工工藝的發(fā)展和應用具有實際意義[8]。

綜上所述，加工過程的高效化就是提高電火花加工的效率，它不僅體現(xiàn)在單位放電脈沖蝕除材料量的大小上，而且體現(xiàn)在采用新型高效的加工工藝和改進電火花加工控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)、機床結構等對電火花加工放電效果的影響上。電火花加工中，在保證加工精度的前提下，應提高粗、精加工效率，同時應減少輔助加工時間，包括編程時間、工件裝夾時間、維修時間等。

電火花線切割加工技術

電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），有時又稱線切割。其基本工作原理是利用連續(xù)移動的細金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。

1.電火花線切割加工的基本原理

工件安裝在工作臺上，工作臺通常由X軸和Y 軸電動機驅動。工具電極（電極絲）為直徑0.02～ 0.3毫米的金屬絲，由走絲系統(tǒng)帶動電極絲沿其軸向移動。走絲方式有兩種：①高速走絲，速度為9～10米/秒，采用鉬絲作電極絲,可循環(huán)反復使用；②低速走絲，速度小于10米/分，電極絲采用銅絲，只使用一次。脈沖電源加在工件與電極絲之間，一般工件接正極，電極絲接負極。工件與電極絲之間用噴嘴噴入工作液(乳化液、去離子水等)。控制系統(tǒng)根據預先輸入的工作程序輸出相應的信息，使工作臺作相應的移動，工件與電極絲靠近。當兩者接近到適當距離時(一般為0.01～0.04毫米)便產生火花放電，蝕除金屬。金屬被蝕除后工件與電極絲之間的距離加大，控制系統(tǒng)根據這一距離的大小和預先輸入的程序，不斷地發(fā)出進給信號，使加工過程持續(xù)進行。2.電火花線切割加工的主要特點

電火花線切割加工除具有電火花加工的基本特點外，還有一些其他特點： ①不需要制造形狀復雜的工具電極，就能加工出以直線為母線的任何二維曲面。

②能切割0.05毫米左右的窄縫。

③加工中并不把全部多余材料加工成為廢屑，提高了能量和材料的利用率。④在電極絲不循環(huán)使用的低速走絲電火花線切割加工中，由于電極絲不斷更新，有利于提高加工精度和減少表面粗糙度。

⑤電火花線切割能達到的切割效率一般為20～60毫米2/分，最高可達300毫米2/分；加工精度一般為±0.01～±0.02毫米，最高可達±0.004毫米；表面粗糙度一般為Rα2.5～1.25微米,最高可達Rα0.63微米；切割厚度一般為40～60毫米，最厚可達600毫米。

3.電火花線切割加工的應用領域及研究進展

電火花線切割加工主要用于模具制造，在樣板、凸輪、成形刀具、精密細小零件和特殊材料的加工中也得到日益廣泛的應用。此外，在試制電機、電器等產品時，可直接用線切割加工某些零件，省去制造沖壓模具的時間，縮短試制周期。近年來電火花線切割加工無論在加工過程控制,還是改進加工工藝方面都取得了許多新的進展。主要表現(xiàn)在突破了許多傳統(tǒng)觀念的束縛,產生了一些新的加工方法,以及一些新的控制和檢測方式,這些進展既提高了加工質量,也提高了加工效率,不僅可在去離子水中加工,也可在其他混粉電介質溶液中加工,大大擴展了這一技術的應用領域。

對于電火花線切割加工,特別是加工階梯狀的工件,斷絲和加工不穩(wěn)定始終是降低加工效率的主要因素。傳統(tǒng)的方法是針對工件最薄處來設置加工參數,然而,這樣雖然降低了斷絲的可能性并保持了

穩(wěn)定的加工,卻大大降低了加工速度。因為很難在線得到工件的厚度并設置合適的加工參數,因此發(fā)展了許多近似數學模型來估計工件的厚度。這些模型表示了放電能量和材料去除率之間的關系,其中模型系數通過大量的實驗獲得。然而這樣的靜態(tài)數學模型只適用于加工厚度逐漸變化的工件,對于厚度突然增加或者減少的工件卻不適用。為此,一個多輸入的動態(tài)和隨機模型被用來描述平均間隙電壓,放電頻率和機床進給速度之間的關系[9-10 ]。對于iso 能量型的電火花線切割機床,有研究者提出了特定放電能量的概念。電火花加工過程涉及許多因素,從放電能量的觀點看,每一個放電都是一個能量輸出,能量分布在工件、電極絲以及在材料去除中的有效能量消耗上。它受許多因素的影響,比如:工件和電極絲之間的間隙、噴流壓力、電介質的導電性以及放電持續(xù)時間等;對于典型波形的放電電壓和電流,可計算出單次放電能量以及單位時間內的放電能量?？紤]到放電過程中的非正常放電(電弧放電或短路)以及實際用于材料去除的能量所占總能量的比率,可得出有效放電功率;而被定義為去除單位體積材料的特定放電能量,不但與有效放電功率有關,還受到間隙寬度、工件高度以及電極絲進給速度的影響。因此,可得出材料去除量與放電頻率之間關系的等式。其中的系數與文獻[9]中不同,前者與放電持續(xù)時間、特定放電能量、放電效率、間隙寬度以及正常放電比率有關,而后者只是放電頻率的函數,當工件高度改變時加工特性也發(fā)生改變,因此在估計到工件高度之前,很難得到正確的厚度辨識系數。由于影響高度辨識參數的值涉及許多變量且數量龐大,很難在線全部檢測到,所以為了簡化厚度辨識過程,首先用文獻[9]中等式辨識出工件厚度,然后乘上一個修正因子,就得到了最終辨識工件厚度,而修正因子是初始辨識到的工件厚度的函數。實踐證明[11] ,這種辨識工件厚度的方法是可行的、精確的,辨識誤差小于1 mm ,并能很快完成。

在電火花線切割加工過程中,雖然電極絲被施加了特定的張力以盡量保持電極絲的直線性,但由于絲的柔韌性,不可避免地會在加工過程中產生一定的延遲,特別是在絲的中部。文獻[12]提出了一種結合攝像機和CCD 的技術來測量電極絲經過工件時的偏差,這樣,就可建立電極絲的偏差模型,用合適的方法來控制拐角切割,提高零件的加工精度。

在電火花線切割加工中,放電間隙狀態(tài)對于伺服控制以及脈沖電源的自適應控制是一個很重要的依據。目前廣泛應用的固定閥值法很難用來測量非矩形間隙電壓波形,文獻[13]提出了浮動閥值法來檢測間隙電流和測量與間隙峰值電流成比例變化的電壓閥值,這樣就可以在線實時地區(qū)分3 種不同的放電狀態(tài)(開路、放電和短路)。

激光機工

激光加工是20世紀60年代發(fā)展起來的。它擴展了光為人類服務的領域，加深了人類對光的認識。激光加工在再制造業(yè)同樣有其不可替代的地位。激光加工用于再制造業(yè)是由相變硬化發(fā)展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂層發(fā)展到復合涂層及陶瓷涂層，從而使得激光表面加工技術成為再制造的一項重要手段。它主要是采用高功率激光器及其系統(tǒng)。但目前我國激光在此領域的應用技術尚不成熟。主要表現(xiàn)為：高檔激光加工系統(tǒng)少； 主力激光器不過關；微細激光加工裝備缺口較大；而這些領域我國的生產加工企業(yè)正在積蓄力量穩(wěn)步進入，國內應用市場有很大發(fā)展空間。國內各類制造業(yè)接受了激光加工技術，使他們的產品加快產品更新的速度。

1.激光機工的基本原理

激光加工技術是利用激光束與物質相互作用的特性對材料（包括金屬與非金 屬）的原理進行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一種加工新技術，涉 及到光、機、電、材料及檢測等多門學科。

公認的激光加工原理是兩種：分別為激光熱加工和光化學加工(又稱 冷加工)。激光熱加工指當激光束照射到物體表面時，引起快速加熱，熱力把對 象的特性改變或把物料熔解蒸發(fā)。熱加工具有較高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射區(qū)域內產生熱激發(fā)過程，從而使材料表面（或涂層）溫度上升，產生變態(tài)、熔融、燒蝕、蒸發(fā)等現(xiàn)象

光化學加工指當激光束加于物體時，高密度能量光子引發(fā)或控制光化學反應的加工過程.冷加工具有很高負荷能量的（紫外）光子，能夠打斷材料（特別是有機材料）或周圍介質內的化學鍵，至使材料發(fā)生非熱過程破壞。這種冷加工在激光標記加工中具有特殊的意義，因為它不是熱燒蝕，而是不產生“熱損傷”副作用的、打斷化學鍵的冷剝離，因而對被加工表面的里層和附近區(qū)域不產生加熱或熱變形等作用

2.激光加工的特點

①由于激光加工熱影響區(qū)域小，光束方 向性好，其幾乎可以加工任何材料。常用來進行選擇性加工，精密加工。

②由于激光加工是無接觸式加工，工具不會與工件的表面 直接磨察產生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的范圍較小而 且不會產生噪音。

③由于激光束的能量和光束的移動速度均可調節(jié)，因此激光加工 可應用到不同層面和范圍上。

3.激光加工的應用領域及研究進展

國內工業(yè)激光設備企業(yè)和研制生產概況自上世紀90年代開始，隨著市場經濟快速發(fā)展，國內出現(xiàn)了許多從事研制、生產和經營激光器和激光加工設備的公司。按現(xiàn)代企業(yè)制度建立 的這些新興公司（企業(yè)），經營理念完全定位于市場經濟，在市場中找生機，發(fā)揮企業(yè)優(yōu)勢，擇優(yōu)而用，滿足用戶要求,通過融資，壯大財力,吸納海內外技術優(yōu)勢，通過各種渠道，形成 自家的技術優(yōu)勢和服務于用戶的產品優(yōu)勢。激光加工的應用現(xiàn)狀 激光加工的應用現(xiàn)狀激光加工是激光應用最有發(fā)展前途的領域，現(xiàn)在已開發(fā)出20 多種激光加工技術。激光 的空間控制性和時間控制性很好，對加工對象的材質、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很 大，特別適用于自動化加工。激光加工系統(tǒng)與計算機數控技術相結合可構成高效自動化加工設備，已成為企業(yè)實行適 時生產的關鍵技術，為優(yōu)質、高效和低成本的加工生產開辟了廣闊的前景。目前已成熟的激 光加工技術包括：激光切割技術、激光焊接技術、激光打標技術、激光快速成形技術、激光 打孔技術、激光去重平衡技術、激光蝕刻技術、激光微調技術、激光存儲技術、激光劃線技 術、激光清洗技術、激光熱處理和表面處理技術。

由于激光可以通過聚焦而獲得高密度能量(106～108 J / cm2),瞬間可使任何固體材料熔化甚至蒸發(fā),因此從理論上說可以用來加工任何種類的固體材料。事實上,激光一經發(fā)明,人們首先想到用其來對寶石這類采用常規(guī)方法難以加工的材料進行孔加工。目前,激光已經廣泛用于各類材料的孔加工和切割,如進行木模板的激光切割和石油管道的激光切縫等。

激光焊接與常規(guī)焊接方法相比,具有如下一系列優(yōu)點[14]:利用激光的高密度能量,可對高熔點、難熔金屬或兩種不同金屬材料進行焊接,也可對非金屬材料進行焊接(如玻璃的焊接);加熱速度快,作用時間短,熱影響區(qū)小,熱變形可以忽略;屬于非接觸焊接,無機械應力和機械變形;激光焊接裝置容易與計算機聯(lián)機;可在大氣中焊接,無污染等。因此,激光焊接在工業(yè)上獲得廣泛應用。激光表面改性技術包括:激光表面相變硬化、激光表面合金化與熔覆、激光表面非晶化與微晶和激光沖擊強化等[15]。利用激光表面改性技術可以極大地提高零件表面的機械、物理和化學性質,現(xiàn)在已經廣泛應用于工業(yè)生產。

例如經激光表面硬化的AISI1045 鋼樣品,其表面硬度HRC 為55 ,磨損10 h 后所產生的質量損耗為0.6～1.4 mg;而在相同試驗條件下,未經處理的AISI1045 鋼的硬度HRC 僅為35 ,質量損耗為4.18 mg ,經激光表面硬化后的樣品耐磨性能提高3～6 倍。在我國,激光表面硬化已廣泛應用于汽車缸套、活塞環(huán)、曲軸、凸輪軸及錠桿等易損件的處理加工中,特別是對小汽車缸套的熱處理已取得明顯經濟效益, 經激光表面硬化的汽車缸套可提高使用壽命2～3 倍。

激光刻蝕在微電子行業(yè)可用于半導體器件和芯片的加工,也可用于精密光學器件的加工,如用激光刻蝕加工半導體芯片和三維光柵。利用激光的高密度能量,可對硬脆性難加工材料進行激光銑削加工(如利用脈沖激光銑削加工硬質合金和氧化鋁陶瓷)。利用脈沖激光還可以對軋輥進行毛化,經過毛化的軋輥軋制的汽車簿板具有著油漆牢固的特點[16];另外還可以利用激光對鋼套等零件進行毛化,大大提高其耐磨壽命。

自20 世紀90 年代初美國3D Systems 公司開發(fā)出世界首臺商品化的快速成形系統(tǒng)裝置以來,快速成形技術得到蓬勃發(fā)展?？焖俪尚?Rapid Pro2totyoing ,簡稱RP)通過材料堆積,快速、精密地制造出實際零件,它體現(xiàn)了計算機輔助設計、數控、激光加工、新材料等學科和技術的綜合利用[17]。它不需要借助其他設備和工具,迅速和精確地制造出復雜的工模具、模型和工藝品。激光快速成形技術主要有激光層疊法、粉末燒結法、光固化法等。

早在1977 年,美國麻省理工學院材料科學與工程系科學家Haggerty 博士就發(fā)明了陶瓷粉末的激光合成法[18],現(xiàn)已發(fā)展到廣泛利用激光來制造金屬和非金屬材料納米粉。激光清洗可使物體表面污垢通過吸收光能而蒸發(fā)去除,或在表面產生力學共振而使污垢凝結脫落。激光清洗可用來清洗微電子芯片、設備的剝漆,以及對古董、字畫進行除垢等。

特種加工存在的問題

雖然特種加工已解決了傳統(tǒng)切削加工難以加工的許多問題，在提高產品質量、生產效率和經濟效益上顯示出很大的優(yōu)越性，但目前它還存在不少亟待解決的問題。

（1）不少特種加工的機理（如超聲、激光等加工）還不十分清楚，其工藝參數選擇、加工過程的穩(wěn)定性均需進一步提高。

（2）有些特種加工（如電化學加工）加工過程中的廢渣、廢氣若排房不當，會產生環(huán)境污染，影響工人健康。

（3）有些特種加工（如快速成形、等離子弧加工等）的加工精度及生產率有待提高。

（4）有些特種加工（如激光加工）所需設備投資大、使用維修費高，亦有待進一步解決。

特種加工的發(fā)展趨勢

廣泛采用自動化技術、利用計算機實現(xiàn)對特種加工設備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)的自動控制，建立特種加工的系統(tǒng)，這是當前特種加工的主要發(fā)展趨勢，開發(fā)由不同特種加工技術復合而成的加工方法，如電解電火花加工、電解電弧加工等復合加工，以揚長避短提高經濟效益和生產率，另外還應著重于新的工藝方法的研究，不斷提高加工工藝水平。考慮到一些特種加工技術對環(huán)境的污染問題，必須要著重解決廢渣、廢氣、廢液的“三廢” 轉化問題，向“綠色” 工業(yè)及可持續(xù)發(fā)展工業(yè)轉化。

參考文獻

[1] 孔慶華.特種加工[M].上海: 同濟大學出版社, 1997.[2] 曹鳳國，張勤儉，翟力軍，等.國際電火花加工技術發(fā)展的五大趨勢［J］.機械工人（冷加工），2005（2）:33-36.[3] 郭常寧，裴景玉，馬春翔.高效放電加工法及工藝參數優(yōu)化實驗研究［J］.兵工學報，2005，26（2）:285-287.[4] 張勤河，張建華，杜如虛，等.電火花成形加工技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.中國機械工程，2005，16（17）:1586-1587.[5] 郭永豐，趙萬生，耿春明.電火花加工最新技術進展［J］.航空制造技術，2003（1）:44-55.[6] 曹鳳國，翟力軍，楊大勇，等.從第14 屆國際電加工學術會議看電火花加工技術的發(fā)展趨勢［J］.電加工與模具，2004（5）:5-6.[7] 徐小兵，毛利尚武.日本電火花加工技術的發(fā)展動態(tài)［J］.電加工與模具，2003（1）:2-3.[8] 葉軍，吳國興，萬富榮，等.高效放電銑削加工的高效冷卻及排出蝕除物方法［P］.中國:200410041632.9，2005-03-23.[9] Rajurkar K P ,Wang W M ,Mc Geough J A.WEDM identificationand adaptive control for variable2height components [J ].Annals of the CIRP,1994 ,43(1):199150.[11] Liao Y S , Chuang T J , Yu Y P.On2line estimation of workpiece height in WEDM [C]// Proceedings of the 16th International Symposium on Electromachining.Shanghai , 2010 :255260.[13] Li , C J , Bai J C , Guo Y F ,et al.Monitoring technology of gap discharge status based on floating threshold for WEDM [C] // Proceedings of the16th International Symposium on Electromachining.Shanghai ,2010 :271348.[16] 李祥友,曾曉雁,黃維玲.激光精密加工技術的現(xiàn)狀和展望[J].激光雜志,2000,21(5):31-34.[17] 關振中.激光加工工藝手冊[M].北京:中國計量出版社,1998.[18] Haggerty , Komvopoulos K.Microstuctural analysis andoxidation behavior of laserCr390.

第三篇：特種加工論文

加工間隙內電解產物對微細電解加工

院（系）名稱：

班 級：姓 名： 學 號：

機電工程學院

的影響分析 加工間隙內電解產物對微細電解加工的影響分析

摘要：微細電解加工時，由于間隙微小，生成的電解產物因難以從加工區(qū)域中移除而降低了加工速度甚至中斷加工。為保證加工的持續(xù)進行，利用工具電極作間歇快速回退是移除間隙內的電解產物、更新電解液的有效途徑之一。論文研究分析了間歇回退加工情況下電解產物移除速率對加工速度的影響，結果表明：加工速度并不隨加工間隙的減小而單調增大，實際加工速度存在極限值(極大值)。為兼顧加工效率和加工精度，應以與之對應的間隙值作為實際加工間隙。

Abstract: the subtle electrochemical machining, as the tiny gaps, generated by electrolysis product from processing area to remove and reduce the processing speed and even interrupt processing.To ensure that the ongoing process, using the tool electrode for intermittent fast back is removed in the clearance product, electrolysis update electrolyte one of the effective ways.Paper analyzes the intermittent back under processing product electrolysis rate on the processing speed remove influence, and the results show that: the processing speed is not with the decrease of the machining gap increases and drab, actual processing speed limit(maximum value)there.For both the processing efficiency and machining precision, should be with as the matching gap value as an actual machining gap.關鍵詞：微細電解加工；電解產物；加工速度；間歇回退

電解是基于金屬陽極在電解液中發(fā)生電化學溶解的原理，對工件進行減材加工。在電解加工時，工件材料是以離子的形式被蝕除，理論上工件可達到微米甚至納米精度，因此在精密、微細制造領域有著潛在的應用前景。但電解加工時陰、陽極間的電位差在加工間隙中形成的電場使工件上不希望被加工的部位和已加工部位都會被繼續(xù)蝕除，造成雜散腐蝕，這在很大程度上影響了電解加工的精度。因此，約束電場、改善流場是增強電解加工的集中蝕除能力、改善加工精度的基本途徑。為實現(xiàn)較高精度的微細電解加工，某個研究室提出了一種采用工具電極側面絕緣、微小加工間隙伺服控制、高頻窄脈沖電源、非線性低濃度電解液等方法集成的工藝路線，探索微細電解加工達到工業(yè)應用要求的可行性。在微細電解加工過程中，加工問隙微小是其最基本的特征，端面和側面的間隙一般在幾十微米以下叫，這樣小的間隙空間使得加工中生成的大量(相對于被蝕除掉的金屬體積)電解產物蓄積在加工區(qū)內，導致加工區(qū)局部電解液成分、濃度發(fā)生很大程度的改變，從而降低加工反應速度甚至中斷加工。由于加工尺寸和間隙微小，常規(guī)電解加工時采用的強制沖液更新間隙中電解液的方法在微細電解加工無法應用。為使微細電解加工能持續(xù)進行，通過加工間隙伺服控制，利用工具電極間歇回退產生的抽吸作用排出電解產物、更新加工區(qū)內部電解液將是一有效可行的技術途徑。l.電解加工的電化學過程分析

電解加工時，在工件金屬(陽極)和工具電極(陰極)表面分別進行著氧化和還原反應。反應是由發(fā)生在電極(這里的電極指的是在電化學反應中作為電子導電相的金屬，而非工具電極)／溶液這兩種導體界面上的一系列性質不同的過程組成，在電化學理論中統(tǒng)稱為“電極過程”。根據電極動力學理論，一般情況下，電極過程大致由下列各單元步驟串聯(lián)而成：(1)液相傳質步驟——反應物粒子向電極表面附近液層遷移。

(2)表面前置轉化步驟——反應粒子在電極表面或表面附近液層進行反應前的轉化，如反應粒子的吸附、金屬絡離子的解離或其他化學變化。

(3)電化學反應步驟(亦稱電子轉移步驟)反應粒子在電極／溶液界面上得電子或失電子，生成 還原反應和氧化反應產物。

(4)表面隨后轉化步驟——反應粒子在電極表面或表面附近液層進行反應后的轉化，如反應產物從電極表面脫附、復合、分解、歧化或其他化學變化。(5a)新相生成步驟--反應產物生成新相(氣體或固相沉積層)。

(5b)反應后液相傳質步驟——可溶性反應產物從電極表面向溶液內部遷移。

(5b)反應產物移除步驟——可溶性反應產物向溶液內部遷移和產生的新相被從加工間隙中移除。如這些電解產物不能及時有效地被移除掉而蓄積在加工間隙中，其中的金屬沉淀產物還會逐漸在陽極表面沉積，形成一層薄膜，阻礙反應的發(fā)生；陰極上生成的氫氣逐漸積聚，這樣不只是減慢了反應速度，甚至可能在陰、陽極問搭成連續(xù)的氣泡橋或形成空穴，而使加工中斷。因此，在微小間隙加工時反應產物移除步驟將取代換液良好時的電化學反應步驟而成為加工控制步驟，反應產物的移除(或電解液的更新)速度制約著陽極金屬的實際蝕除速度，成為在微細電解加工中影響實際加工速度的決定性因素。2電解產物移除策略

為了有效地移除電解產物，保證加工的持續(xù)進行，常規(guī)電解加工主要利用高壓、高速的電解液流動來帶走反應產物(包括反應熱)。但在微細電解加工時，由于電極本身尺寸微小，高沖液壓力可能導致電極發(fā)生振動甚至變形；且由于加工間隙微小，電解液沿程壓力損失大，外部沖液對加工區(qū)域內部較深處電解液的擾動和更新能力很弱，這在深小孑L加工時尤其明顯。此時僅對加工區(qū)進行外部沖液只能移除掉加工區(qū)域外部和淺表處的反應產物，加工間隙 內的反應產物仍會蓄積。在微細電解加工時，排出電解產物、更新加工間隙內部電解液的能途徑，一是工具電極高速旋轉’，或是工具電極間歇回退引。電極高速旋轉時，由于電解液具有一定粘性，旋轉電極的邊界將拽引著周圍的流體隨它一起作圓周運動，加強了間隙內電解液的對流，改善了流場。電極旋轉排屑方式適用于單電極圓孑L加工和掃描加工。但由于在電極端部中心處離心力接近零，電解產物無法順利排出，故仍需依賴間歇回退來強化電解液更新“。

電極間歇回退是在加工過程中讓電極按一定時間間隔快速回退，使加工區(qū)域內部的壓力驟然降低，形成強烈的抽吸作用，一方面可充分將加工區(qū)內的反應產物(包括氣泡)帶出工件表面外，另一方面可迫使周圍新鮮電解液被吸入到加工區(qū)內，并可通過熱對流抑制加工區(qū)內的溫升。間歇回退方式對單電極和陣列電極加工都適用，在微細電解加工研究中得到了較多的應用。

間歇回退加工過程如圖1所示，首先在回退前切斷加工電源，防止電極在運動過程中對孔側壁二次加工；然后電極逆進給方向快速回退到距離加工表面外一定距離處，使外部電解液將其端部附著的反應物盡量沖走；再根據進給速度計算當前加工位置，電極快速前進到該位置，形成加工間隙，接通電源，繼續(xù)加工。在圖1中，T為每次回退(含快退、快進過程)所需時間，由伺服控制裝置的響應速度決定；T，為兩次回退之問的進給加工時間。加工最初時，間隙內是新鮮電解液，電化學反應步驟是加工過程控制步驟；加工一段時間后，隨著電解產物蓄積，間隙內電解液實際電導率降低，電化學反應速度隨之減小，這時反應產物移除步驟成為控制步驟，當反應產物在間隙內積累到一定數量(并不一定需占據全部間隙空間)，加工中斷，此時需回退換液，如此往復。因此間歇回退加工過程實際由電化學反應步驟和反應產物移除步驟交替控制，加工速度的計算和優(yōu)化必須綜合考慮由法拉第電解定律得出的陽極金屬蝕除速度和反應產物的移除速度的影響。

3間歇回退方式加工速度分析 當加工間隙△很大，在曲線極值點的右側時，隨著△減小，加工速度會逐漸增大，這是由于 陽極金屬蝕除速度。較小，電解產物生成速度較慢，對間隙內加工條件的影響較小，此時電化學反應步驟是加工過程的控制步驟，加工速度主要受影響。當加工間隙減小到極值點附近時，此時加工程實際由電化學反應步驟和反應產物移除步驟混合控制，兩個步驟的潛在反應速度基本相同。當加工間隙△繼續(xù)減小，趨近于零時，加工速度隨..△近似呈現(xiàn)線性減小，這是由于在加工間隙很小時，間隙空間內容污(反應產物)能力弱，陽極金屬蝕除速度迅速降低，有效加工時間很短，此時反應產物移除步驟成為加工過程的控制步驟，加工速度主要受電解產物移除速度的影響。在微細加工感興趣的微小加工間隙(△<30 m)內，如圖5所示，當A值很小(=0．0005)時，B值對加工速度的影響很小。這是因為在微小加工間時，產物生成速度快，有效加工時間丁，相對于回退時間丁n而言較小，對加工速度的影響也較小。這意味著，為了達到較好的加工精度，采用小間隙加工時，產物排出困難，A值很小，即便是提高電解液濃度和加工電壓(B值會隨之增大)，對加工速度的改善也非常有限；且較高的電解液濃度和加工電壓會導致集中蝕除能力變弱，加工區(qū)域的側面間隙擴大。因此在微小加工間隙時應采用低濃度電解液和低電壓加工，加工速度不會明顯下降，同時能更好地保證加工精度.4結論

在微細電解加工過程中，隨著加工間隙減小，加工區(qū)域內電解產物的移除和電解液更新困難，電解產物的移除步驟制約著陽極金屬的實際蝕除速度，逐漸成為加工過程的控制步驟，最終決定了實際加工速度。在微小加工間隙時不能簡單地根據陽極金屬理想蝕除速度公式來確定加工間隙和加工速度等參數，否則會得出與實際情況矛盾的結果。加工速度的計算和優(yōu)化必須綜合考慮由法拉第電解定律得出的陽極金屬蝕除速度和反應產物的移除速度的影響。為了有效移除電解產物，保證加工的持續(xù)進行，可采用工具電極間歇回退加工方式來強化加工間隙內部電解液的更新。間歇回退加工時，實際加工速度并不隨加工間隙..△的減小而單調增大，實際加工速度存在極限值(極大值)，將對應的間隙值作為實際加工間隙，可兼顧加工效率和加工精度。當加工間隙△減小并趨近于零時，由于電解產物的影響，陽極金屬蝕除速度并不會趨于無窮大，實際加工速度將隨△減小反而降低。參考文獻：

[1]李勇，龔姍姍，陳旭鵬，等．陣列微細型孔的電化學加工工藝：中國，ZL200510073178．x[P]．2005—11—23．..[5]李獲．電化學原理[M]．北京：北京航空航天大學出版社，1999． [6]賈夢秋，楊文勝．應用電化學[M]．北京：高等教育出版社，2004．

[7]王建業(yè)，徐家文．電解加工原理和應用[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2001.[8]李小海，王振龍，趙萬生．其于多功能平臺的微細電解加工加工工藝[J]．上海交通大學學報，2006，40(6)：909—913.[9]王明環(huán)，朱獲，徐惠字．微螺旋電極在改善微細電解加工性能中的應用[J]．機械科學與技術，2006，25(3)：348—351．..[l1]徐惠宇．微細電解加工系統(tǒng)及其相關工藝的研究[D]．南京：南京航空航天大學，2004．

[12]王明環(huán)．微細電解加工實驗研究[D]．南京：南京航空航天大學，2007．

第四篇：特種加工論文

特種加工技術的現(xiàn)代應用及其發(fā)展研究

摘要：特種加工技術是直接借助電能、熱能、聲能、光化學能或者復合能實現(xiàn)材料切削的加工方法，是難切削材料、復雜型面、低剛度零件及模具加工中的重要工藝方法。本文介紹了概念、特點、分類以及近些年應用于特種加工的一些新方法、新工藝。

關鍵詞：特種加工 電火花加工 電化學加工 高能束流加工 超聲波加工 復合加工

1、特種加工技術的特點

現(xiàn)代特種加工（SP，SpciaI Machining）技術是直接借助電能、熱能、聲能、光能、電化學能、化學能及特殊機械能等多種能量或其復合以實現(xiàn)材料切除的加工方法。與常規(guī)機械加工方法相比它具有許多獨到之處。

1.1以柔克剛。因為工具與工件不直接接觸，加工時無明顯的強大機械作用力，故加工脆性材料和精密微細零件、薄壁零件、彈性元件時，工具硬度可低于被加工材料的硬度。

1.2用簡單運動加工復雜型面。特種加工技術只需簡單的進給運動即可加工出三維復雜型面。特種加工技術已成為復雜型面的主要加工手段。

1.3不受材料硬度限制。因為特種加工技術主要不依靠機械力和機械能切除材料，而是直接用電、熱、聲、光、化學和電化學能去除金屬和非金屬材料。它們瞬時能量密度高，可以直接有效地利用各種能量，造成瞬時或局部熔化，以強力、高速爆炸、沖擊去除材料。其加工性能與工件材料的強度或硬度力學性能無關，故可以加工各種超硬超強材料、高脆性和熱敏材料以及特殊的金屬和非金屬材料，因此，特別適用于航空產品結構材料的加工。

1.4可以獲得優(yōu)異的表面質量。由于在特種加工過程中，工件表面不產生強烈的彈、塑性變形，故有些特種加工方法可獲得良好的表面粗糙度。熱應力、殘余應力、冷作硬化、熱影響區(qū)及毛刺等表面缺陷均比機械切削表面小。各種加工方法可以任意復合，揚長避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴大應用范圍。

由于特種加工技術具有其它常規(guī)加工技術無法比擬的優(yōu)點，在現(xiàn)代加工技術中，占有越來越重要的地位。許多現(xiàn)代技術裝備，特別是航空航天高技術產品的一些結構件，如工程陶瓷、渦輪葉片、燃燒室的三維型腔、型孔的加工和航空陀 螺、傳感器等精細表面尺寸精度達0.001Pm 或納米（nm）級精度，表面粗糙度#$ <0.01Pm 的超精密表面的加工，非采用特種加工技術不可。如今，特種加工技術的應用已遍及到各個加工領域。

2、特種加工的幾種方法及分類

2.1電火花加工（也叫放電加工，EDM，ElectrosparkDischarge Machining）是一種電加熱加工過程。它是將工具電極和工件置于絕緣的工作液中，工件和工具分別接直流脈沖電源正極和負極，加上電壓，因電極之間的放電效應，產生火花放電對金屬產生腐蝕來進行加工。由于電極之間工件材料的微小體積上可集中很高的能量（106 ~ 107W / mm2）足以使材料熔化和蒸發(fā)?？偰芰康囊徊糠忠册尫诺焦ぞ唠姌O上造成工具磨損。因此，工具電極磨損和加工精度低是電火花加工的重要問題也是研究發(fā)展工作的主攻方向。

電火花加工方法，按其加工過程中工具與工件相對運動的方式和加工用途的不同，可分為電火花穿孔和成形加工、電火花線切割、電火花磨削、電火花同步回轉加工及電火花強化與刻字等幾大類。電火花加工這種工藝方法在航空工業(yè)中直接進入產品加工的比重是比較小，大多數用于工具和非標準設備制造。它已廣泛用于加工各種模具、曲面零件、異形孔和盲孔，用電火花切割可切割沖模，二次曲面或空間曲面的零件，用電火花鏜、磨可加工高精度的小孔、外圓、內外螺紋和齒輪等。如今，電火花加工和線切割電火花加工技術和設備都取得了長足的進步，無論從設備自動化完備程度、加工精度、效率和功能都有很大改觀。

2.2電解加工（ECM，Electrochemical Machining）屬于電化學加工范疇，它是利用金屬在電解液中發(fā)生“陽極溶解”的原理，將零件加工成形的。加工時，工件接直流電源的正極（陽極），按要求形狀制成的工具接負極（陰極），具有一定壓力的電解液從兩極間隙中迅速流過，于是工件表面的金屬按工具陰極的形狀迅速溶解，并隨即被高速的電解液沖走，這種加工方法沒有機械加工中切削力和切削熱的作用，也沒有電火花加工中的熱影響，在航空工業(yè)中，發(fā)動機新結構、新材料構件廣泛利用電解加工，如鈦合金零件、高溫渦輪深細冷卻孔、整體渦輪和葉輪以及大型環(huán)形殼體件的內外旋轉表面、中小型支承件、盤形件腹板、特形孔均可采用電解加工。如今，電解加工技術已成為研制先進的航空發(fā)動機的關鍵制造技術之一。

電解加工的發(fā)展趨勢：進一步拓寬電解加工的應用范圍，提高加工精度，降低加工成本，提高生產率，建立電解加工柔性制造系統(tǒng)（FMS），開展計算機數 2 控仿形電解加工技術研究，開展理論研究和建立過程模型。

2.3復合加工（CM，Combined Machinin）是指用多種能量組合進行材料去除的工藝方法，以便能提高加工效率或獲得很高的尺寸精度、形狀精度和表面完整性。對于陶瓷、玻璃和半導體等高脆性材料，復合加工是經濟、可靠地實現(xiàn)高的成形精度和極低的表面粗糙度（可達10nm），并是使表面和亞表層的晶體結構組織的損傷減少至最低程度的有效方法。復合加工的方法大多是在機械加工的同時，應用流體力學、化學、光學、電力、磁力和聲波等能量進行綜合加工。也有不用常規(guī)的加工方法而僅僅依靠化學、光學或液動力等作用的復合加工。復合加工的技術發(fā)展趨勢：復合加工是對傳統(tǒng)中常用的單一的機械加工、電加工和激光加工等方法的重要發(fā)展和補充。隨著精密機械大量使用脆性材料（如陶瓷、光學玻璃和寶石晶體等）以及電子工業(yè)要求超精密的晶體材料（如超大規(guī)模集成電路的半導體晶片、電子槍的單晶體LaB4 和藍寶石等），將促使對其他能量形式的加工機理進行深入研究，并發(fā)展出多種多樣的適用

于各類特殊需求的最佳復合加工方法。發(fā)展虛擬制造技術。在實驗基礎上，應用計算機仿真模擬有限元分析方法來精確優(yōu)化加工參數。如對脆性材料的物理化學特性多樣的研究，可以開發(fā)出對脆性材料進行無微細裂紋且經濟性高的有效的工藝，并可預測出各種不同的復合加工工藝的物理參數和磨料特性下的表面精整質量、形狀精度和材料去除率，以利于對加工過程進行優(yōu)化控制。

2.4高能束流加工 高能束流加工也稱為三束流加工，是利用能量密度很高的激光束 電子束或離子束等去除工件材料的特種加工方法的總稱，其中電子束加工技術改變了原有的設計思想，可將原有的高精度復雜難加工型面或無法加工的大型整體零件分成若干個易加工的單元，精加工和熱處理以后，用電子束將其焊接成整體零件。

2.5超聲波加工 它是利用加工工具的超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工硬脆材料的一種成形方法、超聲波加工的尺寸精度可達0.05 0.01mm，表面粗糟度Ra值可達0.8 0.1 m，它適宜加工任何脆硬材料，可加工各種孔和型腔，也可進行套料切割、開槽和雕刻等，由于超聲波加工的生產效率比電火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相對較好，所以常用于對工件的拋磨和光整加工。

3、特種加工的發(fā)展趨勢

為進一步提高特種加工技術水平及擴大其應用范圍 , 當前特種加工技術的發(fā)展趨勢主要包括以下幾點: 3 3.1、采用自動化技術。充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進行優(yōu)化 , 加大對特種加工的基本原理、加工機理、工藝規(guī)律、加工穩(wěn)定性等深入研究的力度 , 建立綜合工藝參數自適應控制裝置、數據庫等(如超聲、激光等加工), 進而建立特種加工的 CAD /CAM與 FMS(Flexible ManufacturingSystem,柔性制造系統(tǒng))系統(tǒng) , 使加工設備向自動化、柔性化方向發(fā)展 , 這是當前特種加工技術的主要發(fā)展方向。

3.2、趨向精密化研究。高新技術的發(fā)展促使高新技術產品向超精密化與小型化方向發(fā)展 , 對產品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴格的要求。為適應這一發(fā)展趨勢 , 特種加工的精密化研究已引起人們的高度重視 , 因此 , 大力開發(fā)用于超精加工的特種加工技術(如等離子弧加工等)已成為重要的發(fā)展方向。

3.3、開發(fā)新工藝方法及復合工藝。為適應產品的高技術性能要求與新型材料的加工要求 , 需要不斷開發(fā)新工藝方法 , 包括微細加工和復合加工 , 尤其是質量高、效率高、經濟型的復合加工 , 如工程陶瓷、復合材料以及聚晶金剛石等。

3.4、污染問題是影響和限制有些特種加工應用、發(fā)展的嚴重障礙。加工過程中產生的廢渣、廢氣如果排放不當 , 會造成環(huán)境污染 , 影響工人健康。必須花大力氣處理并利用廢氣、廢液、廢渣 , 向“ 綠色 ” 加工的方向發(fā)展。

3.5進一步開拓特種加工技術。以多種能量同時作用 , 相互取長補短的復合加工技術 , 如電解磨削、電火花磨削、電解放電加工、超聲電火花加工等 ,需要不斷。

參考文獻

[1] 百度學科關于特種加工的論文 [2] 百度文科

[3] 張紋，蔣維波.特種加工技術的應用與發(fā)展趨勢 [J].農業(yè)裝備技術，2006，32（3）：24-25 [4] 趙萬生.特種加工技術 [M ].北京:高等教育出版社, 2001.[5] 蘇士達,黃晨華,蔡小夢,等.超聲波加工與放電加工的幾種復合 [6 ] 黃春峰.鈑金工藝中的激光加工技術[ J].模具技術，1999（6）：48 ~ 55 [7 ] 陳明君.脆性材料塑料域的超精密加工方法[ J].航空 精密制造技術，2001（2），10 ~ 12 4 5

第五篇：特種加工技術學習心得

激光加工

特種加工技術中有很多的加工方法，我比較感興趣的就是激光加工。激光加工可以用于打孔、切割、電子器件的微調、焊接、熱處理以及激光存儲等各個領域，由于激光加工不需要加工工具，而且加工速度快，表面變形小，可以加工各種材料，已經在生產實踐中愈來愈多地顯示了它的優(yōu)越性，所以很受人們的重視。

激光加工是利用光的能量，經過透鏡聚焦，在焦點上達到很高的能量密度，靠光熱效應來加工各種材料的。激光是可控的單色光，它強度高、能量密度大，可以在空氣介質中高速加工各種材料，因此它的應用越來越廣泛。激光的光發(fā)射是以受激輻射為主，因而發(fā)光物質中基本上是有組織地、相互關聯(lián)地產生光發(fā)射的，發(fā)出的光波具有相同的頻率、方向、偏振態(tài)和嚴格的位相關系，正因如此，激光具有強度高，單色性好，相干性好和方向性好的優(yōu)點。

激光加工的基本設備包括激光器、激光器電源、光學系統(tǒng)及機械系統(tǒng)等四大部分。激光器是激光加工的重要設備，它把電能轉化為光能，產生激光束。激光器按激活介質的種類可以分為固體激光器和氣體激光器，按工作方式可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。固體激光器一般采用采用光激勵，能量轉化環(huán)節(jié)多，光的激勵能量大部分轉換為熱能，所以其效率低。氣體激光器一般采用電激勵，因其效率高、壽命長、連續(xù)輸出功率大，所以廣泛用于切割、焊接，熱處理等加工。常用于材料加工的氣體激光器有二氧化碳激光器、氬離子激光器等。

常用的激光加工工藝有激光打孔，激光切割，激光刻蝕打標記等。

激光打孔的成形過程是材料在激光熱源照射下產生的一系列熱物理現(xiàn)象綜合的結果。激光打孔適合于自動化連續(xù)打孔，其直徑可以小到0.01mm一下，深徑比可達50:1。激光幾乎可以在任何材料上打微型小孔，目前激光打孔已應用于火箭發(fā)動機和柴油機的燃料噴嘴加工、化學纖維噴絲板打孔、鐘表及儀表中的寶石軸承打孔、金剛石拉絲模加工等方面。

激光切割的原理和激光打孔原理基本相同，不同的是，激光切割中工件于激光束要相對移動，在生產實踐中一般都是移動工件。激光切割大都采用重復頻率較高的脈沖激光器或連續(xù)輸出的激光器，但連續(xù)輸出的激光束會因熱傳導而使切割效率降低，同時熱影響層也較深。因此，在精密機械加工中，一般都采用高重復頻率的脈沖激光器。激光可用于切割各種各樣的材料。它可以切割金屬也可以切割非金屬；它可以切割無機物也可以切割皮革之類的有機物；它可以切割玻璃、陶瓷和半導體等既硬又脆的材料也可以對細小部件作各種精密切割。

激光刻蝕打標記的加工工藝也很受人們的青睞。小功率的激光束可用于對金屬或非金屬表面進行刻蝕打標，加工出文字圖案或工藝美術品。例如，可在竹片上刻寫縮微的孫子兵法、毛主席詩歌等。