第一篇：特種加工課程論文 2（最終版）

特 種 加 工 論 文

題目：特種加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

序號(hào)：64 姓名： 鄭偉 學(xué)號(hào)：100163135 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)：機(jī)電二班

特種加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

摘要

特種加工技術(shù)在國(guó)際上被稱為21世紀(jì)的技術(shù)，對(duì)新型武器裝備的研制和生產(chǎn)，起到舉足輕重的作用。本文分別從激光加工技術(shù)、電子束加工技術(shù)、離子束及等離子加工技術(shù)、電加工技術(shù)幾方面介紹了國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)提出了國(guó)內(nèi)相應(yīng)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：特種加工；高能束流；激光技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

特種加工亦稱“非傳統(tǒng)加工”或“現(xiàn)代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能及特殊機(jī)械能等能量達(dá)到去除或增加材料的加工方法。本文所述的特種加工技術(shù)主要是指激光加工技術(shù)、電子束加工技術(shù)、離子束及等離子加工技術(shù)和電加工技術(shù)等。

隨著新型武器裝備的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)特種加工技術(shù)的需求日益迫切。不論飛機(jī)、導(dǎo)彈，還是其它作戰(zhàn)平臺(tái)都要求降低結(jié)構(gòu)重量，提高飛行速度，增大航程，降低燃油消耗，達(dá)到戰(zhàn)技性能高、結(jié)構(gòu)壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)可承受性好。為此，上述武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)平臺(tái)都要求采用整體結(jié)構(gòu)、輕量化結(jié)構(gòu)、先進(jìn)冷卻結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)，以及鈦合金、復(fù)合材料、粉末材料、金屬間化合物等新材料。

為此，需要采用特種加工技術(shù)，以解決武器裝備制造中用常規(guī)加工方法無法實(shí)現(xiàn)的加工難題，所以特種加工技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是：

難加工材料，如鈦合金、耐熱不銹鋼、高強(qiáng)鋼、復(fù)合材料、工程陶瓷、金剛石、紅寶石、硬化玻璃等高硬度、高韌性、高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)材料。

難加工零件，如復(fù)雜零件三維型腔、型孔、群孔和窄縫等的加工。低剛度零件，如薄壁零件、彈性元件等零件的加工。

以高能量密度束流實(shí)現(xiàn)焊接、切割、制孔、噴涂、表面改性、刻蝕和精細(xì)加工。1 先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn) 1.1 是面向21世紀(jì)的技術(shù)

先進(jìn)制造技術(shù)是制造技術(shù)的最新發(fā)展階段，是由傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展起來的，既保持了過去制造技術(shù)中的有效要素，又要不斷吸收各種高新技術(shù)成果，并滲透到產(chǎn)品生產(chǎn)的所有領(lǐng)域及其全部過程。先進(jìn)制造技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生了一個(gè)完整的 2 技術(shù)群，它是具有明確范疇的新的技術(shù)領(lǐng)域，是面向21世紀(jì)的技術(shù)。1.2 是面向工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)

先進(jìn)制造技術(shù)并不限于制造過程本身，它涉及到產(chǎn)品從市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品開發(fā)及工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工制造、售后服務(wù)等產(chǎn)品壽命周期的所有內(nèi)容，并將它們結(jié)合成一個(gè)有機(jī)的整體。先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用特別注意產(chǎn)生最好的實(shí)際效果，其目標(biāo)是為了提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)和促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和綜合實(shí)力的增長(zhǎng)。目的是要提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.3 是駕馭生產(chǎn)過程的系統(tǒng)工程

先進(jìn)制造技術(shù)特別強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、新材料技術(shù)和現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)組織管理、銷售及售后服務(wù)等方面的應(yīng)用。它要不斷吸收各種高新技術(shù)成果與傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合，使制造技術(shù)成為能駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。1.4 是面向全球競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)

20世紀(jì) 80年代以來，市場(chǎng)的全球化有了進(jìn)一步的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家通過金融、經(jīng)濟(jì)、科技手段爭(zhēng)奪市場(chǎng)，傾銷產(chǎn)品，輸出資本。隨著全球市場(chǎng)的形成，使得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)變得越來越激烈，先進(jìn)制造技術(shù)正是為適應(yīng)這種激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)而出現(xiàn)的。因此，一個(gè)國(guó)家的先進(jìn)制造技術(shù)，它的主體應(yīng)該具有世界先進(jìn)水平，應(yīng)能支持該國(guó)制造業(yè)在全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1.5 是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)三要素的統(tǒng)一

在20世紀(jì) 70年代以前，產(chǎn)品的技術(shù)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，一個(gè)新產(chǎn)品上市，很快就會(huì)有相同功能的產(chǎn)品跟著上市。因此，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心是如何提高生產(chǎn)率。到了20世紀(jì)80年代以后，制造業(yè)要贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主要矛盾已經(jīng)從提高勞動(dòng)生產(chǎn)率轉(zhuǎn)變?yōu)橐詴r(shí)間為核心的時(shí)間、成本和質(zhì)量的三要素的矛盾。先進(jìn)制造技術(shù)把這三個(gè)矛盾有機(jī)結(jié)合起來，使三者達(dá)到了統(tǒng)一。研究現(xiàn)狀

新材料成形加工技術(shù)的研究開發(fā)，是近二、三十年來材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域最為活躍的方向之一。先進(jìn)制備與成型加工技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，加上了新材料的研究開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)程，促成了諸如微電子和生物醫(yī)用材料等新興產(chǎn)業(yè)的形成，促進(jìn)了現(xiàn)代航天航空，交通運(yùn)輸，能源環(huán)保等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

先進(jìn)工業(yè)國(guó)家對(duì)材料制備與成型加工技術(shù)的研究開發(fā)十分重視。美國(guó)制定了“為了 工業(yè)材料發(fā)展計(jì)劃”，其核心是開放先進(jìn)的制備與成型加工技術(shù)，提高材料性能，降低生產(chǎn)成本，滿足未來工業(yè)發(fā)展對(duì)材料的需求。德國(guó)開展的“21世紀(jì)新材料研究計(jì)劃”將材料制備與成型加工技術(shù)列為六個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容之一。在歐盟的“第六框架”計(jì)劃中，先進(jìn)制備技術(shù)時(shí)新材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。日本在20世紀(jì)90年代后期，先后實(shí)施了“超級(jí)金屬”、“超鋼鐵”計(jì)劃，重點(diǎn)是發(fā)展先進(jìn)的制備加工技術(shù)，精確控制組織，大幅度提高材料的性能，達(dá)到減少材料用量、節(jié)省資源和能源的目的。同時(shí)開展本科學(xué)領(lǐng)域色前沿和基礎(chǔ)研究，并綜合利用相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)理論和科技發(fā)展成果，提供預(yù)備新材料的新原理新方法，也是材料科學(xué)與工程學(xué)科自身發(fā)展的需求。

一大批先進(jìn)技術(shù)和工藝不斷發(fā)展和完善，并逐步獲得實(shí)際應(yīng)用，如快速凝固、定向凝固、連續(xù)鑄軋、連續(xù)鑄擠、精密鑄造、半固態(tài)加工、粉末注射成型、陶瓷膠態(tài)成型、熱等靜壓、無模成型、微波燒結(jié)、離子束制備、激光快速成型、激光焊接、表面改性等，促進(jìn)了傳統(tǒng)材料的升級(jí)換代，加速了新材料的研究開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，解決了高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展對(duì)特種高性能材料的制備加工與組織性能精確控制的急需。

現(xiàn)在將主要的先進(jìn)材料加工技術(shù)分別介紹如下： 1.快速凝固

快速凝固技術(shù)的發(fā)展，把液態(tài)成型加工推進(jìn)到遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài)，極大地推動(dòng)了非晶、細(xì)晶、微晶等非平衡新材料的發(fā)展。傳統(tǒng)的快速凝固追求高的冷卻速度而限于低維材料的制備，如非晶絲材、箔材的制備。近年來快速凝固技術(shù)主要在兩個(gè)方面得到發(fā)展：①利用噴射成型、超高壓、深過冷，結(jié)合適當(dāng)?shù)某煞衷O(shè)計(jì)，發(fā)展體材料直接成型的快速凝固技術(shù)；②在近快速凝固條件下，制備具有特殊取向和組織結(jié)構(gòu)的新材料。目前快速凝固技術(shù)被廣泛地用于非晶或超細(xì)組織的線材、帶材和體材料的制備與成型。2.半固態(tài)成型

半固態(tài)成型包括半固態(tài)流變成型和半固態(tài)觸變成形兩類：前者是將制備的半固態(tài)漿料直接用于成型，如壓鑄成型（稱為半固態(tài)流變壓鑄）；后者是對(duì)制備好的半固態(tài)坯料進(jìn)行重新加熱，使其達(dá)到半熔融狀態(tài)，然后進(jìn)行成型，如擠壓成型（稱為半固態(tài)觸變擠壓）。3.無模成型

為了解決復(fù)雜形狀或深殼件產(chǎn)品沖壓、拉深成型設(shè)備規(guī)模大、模具成本高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、靈活度低等缺點(diǎn)，滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)產(chǎn)品多樣性（多品種、小規(guī)模）的需求，20世紀(jì)80年代以來，柔性加工技術(shù)的開發(fā)受到工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的重視。典型的無模成型技 術(shù)有增量成型、無摸拉拔、無模多點(diǎn)成型、激光沖擊成型等。4.超塑性成型技術(shù)

超塑性成型加工技術(shù)具有成型壓力低、產(chǎn)品尺寸與形狀精度高等特點(diǎn)，近年來發(fā)展方向主要包括兩個(gè)方面：一是大型結(jié)構(gòu)件、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、精密薄壁件的超塑性成型，如鋁合金汽車覆蓋件、大型球罐結(jié)構(gòu)、飛機(jī)艙門，與盥洗盆等；二是難加工材料的精確成形加工，如鈦合金、鎂合金、高溫合金結(jié)構(gòu)件的成形加工等。5.金屬粉末材料成型加工

粉末材料的成型加工是一種典型的近終形、短流程制備加工技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)、制備預(yù)成型一體化；可自由組裝材料結(jié)構(gòu)從而精確調(diào)控材料性能；既可用于制備陶瓷、金屬材料，也可制備各種復(fù)合材料。它是近20年來材料先進(jìn)制備與成型加工技術(shù)的熱點(diǎn)與主要發(fā)展方向之一。粉末材料成型加工技術(shù)的研究重點(diǎn)包括粉末注射成型膠態(tài)成型、溫壓成型及微波、等離子輔助低溫強(qiáng)化燒結(jié)等。6.陶瓷膠態(tài)成型

在圍繞著提高陶瓷胚體均勻性和解決陶瓷材料可靠性的問題，開發(fā)了多種原位凝固成型工藝，凝膠注模成型工藝、溫度誘導(dǎo)絮凝成形、膠態(tài)振動(dòng)注模成形、直接凝固注模成形等相繼出現(xiàn)，受到嚴(yán)重重視。原位凝固成形工藝被認(rèn)為是提高胚體的均勻性，進(jìn)而提高陶瓷材料可靠性的唯一途徑，得到了迅速的發(fā)展，已逐步獲得實(shí)際應(yīng)用。7.激光快速成型

采用該技術(shù)的成形件完全致密且具有細(xì)小均勻的內(nèi)部組織，從而具有優(yōu)越的力學(xué)性能和物理化學(xué)性能，同時(shí)零件的復(fù)雜程度基本不受限制，并且可以縮短加工周期，降低成本。目前發(fā)達(dá)國(guó)家已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，主要應(yīng)用于國(guó)防高科技領(lǐng)域。激光加工技術(shù) 2.1 現(xiàn)狀

國(guó)外激光加工設(shè)備和工藝發(fā)展迅速，現(xiàn)已擁有100kW的大功率CO2激光器、kW級(jí)高光束質(zhì)量的Nd:YAG固體激光器，有的可配上光導(dǎo)纖維進(jìn)行多工位、遠(yuǎn)距離工作。激光加工設(shè)備功率大、自動(dòng)化程度高，已普遍采用CNC控制、多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，并裝有激光功率監(jiān)控、自動(dòng)聚焦、工業(yè)電視顯示等輔助系統(tǒng)。

激光制孔的最小孔徑已達(dá)0.002mm，已成功地應(yīng)用自動(dòng)化六坐標(biāo)激光制孔專用設(shè)備加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、燃燒室氣膜孔，達(dá)到無再鑄層、無微裂紋的效果。激光切割適用于由耐熱合金、鈦合金、復(fù)合材料制成的零件。目前薄材切割速度可達(dá)15m/min，切縫窄，一般在0.1～1mm之間，熱影響區(qū)只有切縫寬的10%～20%，最大切割厚度可達(dá)45mm，已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)三維蒙皮、框架、艦船船身板架、直升機(jī)旋翼、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等。

激光焊接薄板已相當(dāng)普遍，大部分用于汽車工業(yè)、宇航和儀表工業(yè)。激光精微焊接技術(shù)已成為航空電子設(shè)備、高精密機(jī)械設(shè)備中微型件封裝結(jié)點(diǎn)的微型連接的重要手段。

激光表面強(qiáng)化、表面重熔、合金化、非晶化處理技術(shù)應(yīng)用越來越廣，激光微細(xì)加工在電子、生物、醫(yī)療工程方面的應(yīng)用已成為無可替代的特種加工技術(shù)。

激光快速成型技術(shù)已從研究開發(fā)階段發(fā)展到實(shí)際應(yīng)用階段，已顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

國(guó)內(nèi)70年代初已開始進(jìn)行激光加工的應(yīng)用研究，但發(fā)展速度緩慢。在激光制孔、激光熱處理、焊接等方面雖有一定的應(yīng)用，但質(zhì)量不穩(wěn)定。目前已研制出具有光纖傳輸?shù)墓腆w激光加工系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)光纖耦合三光束的同步焊接和石英表芯的激光焊接。完成了激光燒結(jié)快速成型原理樣機(jī)研制，并采用環(huán)氧聚脂和樹脂砂燒結(jié)粉末材料，快速成型出典型零件，如葉輪、齒輪。2.2 發(fā)展趨勢(shì)

激光加工技術(shù)今后幾年應(yīng)結(jié)合已取得的預(yù)研成果，針對(duì)需求，重點(diǎn)開展無缺陷氣膜小孔的激光加工及實(shí)時(shí)檢控技術(shù)、高強(qiáng)鋁(含鋁鋰、鋁鎂)合金的激光焊接技術(shù)、金屬零件的激光粉末燒結(jié)快速成型技術(shù)、激光精密加工及重要構(gòu)件的激光沖擊強(qiáng)化等項(xiàng)目的研究。實(shí)現(xiàn)高溫渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣膜孔無缺陷加工，可使葉片使用壽命達(dá)2000小時(shí)以上；以焊代替數(shù)控加工飛機(jī)次承力構(gòu)件，以及帶筋壁板的以焊代鉚；實(shí)現(xiàn)重要零部件的表面強(qiáng)化，提高安全性、可靠性等，從而使先進(jìn)的激光制造技術(shù)在軍事工業(yè)中發(fā)揮更大的作用。1）無再鑄層、無微裂紋渦輪葉片氣膜孔激光高效加工技術(shù)研究；

2）鋁合金、超強(qiáng)鋼、鈦合金、異種材料構(gòu)件以及大型空間曲面零件的激光焊接工藝研究；

3）三維激光切割工藝規(guī)范及表面質(zhì)量控制技術(shù)和在線測(cè)量控制技術(shù)研究； 4）提高高溫合金、鋁合金等重要部件抗疲勞性能的激光沖擊技術(shù)研究； 5）激光快速成型技術(shù)研究； 3電子束加工技術(shù) 3.1 現(xiàn)狀 電子束加工技術(shù)在國(guó)際上日趨成熟，應(yīng)用范圍廣。

國(guó)外定型生產(chǎn)的40kV～300kV的電子槍(以60kV、150kV為主)，已普遍采用CNC控制，多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)化程度高。電子束焊接已成功地應(yīng)用在特種材料、異種材料、空間復(fù)雜曲線、變截面焊接等方面。目前正在研究焊縫自動(dòng)跟蹤、填絲焊接、非真空焊接等，最大焊接熔深可達(dá)300mm，焊縫深寬比20：1。電子束焊已用于運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)等主承力構(gòu)件大型結(jié)構(gòu)的組合焊接，以及飛機(jī)梁、框、起落架部件、發(fā)動(dòng)機(jī)整體轉(zhuǎn)子、機(jī)匣、功率軸等重要結(jié)構(gòu)件和核動(dòng)力裝置壓力容器的制造。如：F-22戰(zhàn)斗機(jī)采用先進(jìn)的電子束焊接，減輕了飛機(jī)重量，提高了整機(jī)的性能；“蘇-27”及其它系列飛機(jī)中的大量承力構(gòu)件，如起落架、承力隔框等，均采用了高壓電子束焊接技術(shù)。

國(guó)內(nèi)多種型號(hào)的飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)和多種型號(hào)的導(dǎo)彈殼體、油箱、尾噴管等結(jié)構(gòu)件均已采用了電子束焊接。因此，電子束焊接技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)電子束焊接設(shè)備的需求量也越來越大。

國(guó)外的電子束焊機(jī)，以德國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、烏克蘭等為代表，已達(dá)到了工程化生產(chǎn)。其特點(diǎn)是采用變頻電源，設(shè)備的體積、噪聲、高壓性能等方面都有很大提高；在控制系統(tǒng)方面，運(yùn)用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用了先進(jìn)的CNC及PLC技術(shù)，使設(shè)備的控制更可靠，操作更簡(jiǎn)便、直觀。

國(guó)外真空電子束物理氣相沉積技術(shù)，已用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片高溫防腐隔熱陶瓷涂層，提高了涂層的抗熱沖擊性能及壽命。電子束刻蝕、電子束輻照固化樹脂基復(fù)合材料技術(shù)正處于研究階段。3.2 發(fā)展趨勢(shì)

電子束加工技術(shù)今后應(yīng)積極拓展專業(yè)領(lǐng)域，緊密跟蹤國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)需求，重點(diǎn)開展電子束物理氣相沉積關(guān)鍵技術(shù)研究、主承力結(jié)構(gòu)件電子束焊接研究、電子束輻照固化技術(shù)研究、電子束焊機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究等。1）150kV、15kW高壓電子槍及高壓電源的技術(shù)研究； 2）電子束物理氣相沉積技術(shù)的研究；

3）大厚度變截面鈦合金的電子束焊接技術(shù)研究及質(zhì)量評(píng)定； 4）典型復(fù)合材料飛機(jī)構(gòu)件的電子束固化工藝研究及其工程化研究； 5）多功能電子束加工技術(shù)研究。4 離子束及等離子體加工技術(shù) 4.1 現(xiàn)狀 表面功能涂層具有高硬度、耐磨、抗蝕功能，可顯著提高零件的壽命，在工業(yè)上具有廣泛用途。

美國(guó)及歐洲國(guó)家目前多數(shù)用微波ECR等離子體源來制備各種功能涂層。等離子體熱噴涂技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入工程化應(yīng)用，已廣泛應(yīng)用在航空、航天、船舶等領(lǐng)域的產(chǎn)品關(guān)鍵零部件耐磨涂層、封嚴(yán)涂層、熱障涂層和高溫防護(hù)層等方面。

等離子焊接已成功應(yīng)用于18mm鋁合金的儲(chǔ)箱焊接。配有機(jī)器人和焊縫跟蹤系統(tǒng)的等離子體焊在空間復(fù)雜焊縫的焊接也已實(shí)用化。微束等離子體焊在精密零部件的焊接中應(yīng)用廣泛。我國(guó)等離子體噴涂已應(yīng)用于武器裝備的研制，主要用于耐磨涂層、封嚴(yán)涂層、熱障涂層和高溫防護(hù)涂層等。

真空等離子體噴涂技術(shù)和全方位離子注入技術(shù)已開始研究，與國(guó)外尚有較大差距。等離子體焊接在生產(chǎn)中雖有應(yīng)用，但焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。4.2 發(fā)展趨勢(shì)

離子束及等離子體加工技術(shù)今后應(yīng)結(jié)合已取得的成果，針對(duì)需求，重點(diǎn)開展熱障涂層及離子注入表面改性的新技術(shù)研究，同時(shí)，在已取得初步成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展等離子體焊接技術(shù)研究。

1）復(fù)雜零件“保形”離子注入與混合沉積技術(shù)研究，獲得高密度等離子體方法研究； 2）空間結(jié)構(gòu)焊接工藝參數(shù)自適應(yīng)控制及焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)研究，以及等離子弧焊過程中變形控制技術(shù)研究；

3）等離子噴涂陶瓷熱障涂層結(jié)構(gòu)、工藝及工程化研究； 4）層流湍流自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)及軸向送粉、三維噴涂技術(shù)研究； 5）層流等離子體噴涂系統(tǒng)的研制及其噴涂技術(shù)的研究。5 電加工技術(shù) 5.1 發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外電解加工應(yīng)用較廣，除葉片和整體葉輪外已擴(kuò)大到機(jī)匣、盤環(huán)零件和深小孔加工，用電解加工可加工出高精度金屬反射鏡面。目前電解加工機(jī)床最大容量已達(dá)到5萬安培，并已實(shí)現(xiàn)CNC控制和多參數(shù)自適應(yīng)控制。電火花加工氣膜孔采用多通道、納秒級(jí)超高頻脈沖電源和多電極同時(shí)加工的專用設(shè)備，加工效率2～3秒/孔，表面粗糙度Ra0.4μm，通用高檔電火花成型及線切割已能提供微米級(jí)加工精度，可加工3μm的微細(xì)軸和5μm的孔。精密脈沖電解技術(shù)已達(dá)10μm左右。電解與電火花復(fù)合加工，電解磨削、電火花磨削已用于生產(chǎn)。參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張遼遠(yuǎn) 現(xiàn)代加工技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 [2] 劉晉春 特種加工 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [3] 張建華 精密與特種加工技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [4] 主編白基成, 郭永豐, 劉晉春 特種加工技術(shù) 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006 [5] 郭東明, 趙福令 面向快速制造的特種加工技術(shù) 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009

第二篇：特種加工技術(shù)課程論文

《特種加工技術(shù)》課程論文

摘要：特種加工方法，是難切削材料、復(fù)雜型面、精細(xì)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(shù)的特點(diǎn)、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(shù)的技術(shù)特點(diǎn)，原理和最新進(jìn)展。并預(yù)測(cè)今后特種加工的發(fā)展方向，最后給予特種加工技術(shù)展望。

關(guān)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(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、國(guó)防軍工和航空航天技術(shù)發(fā)展迅速，與此同時(shí)，高度、高韌性、高強(qiáng)度和高脆性等難切削材料的應(yīng)用日益廣泛，制造精密細(xì)小、形狀復(fù)雜和結(jié)構(gòu)特殊工件的求也在日益增加。社會(huì)需求與技術(shù)進(jìn)步的結(jié)合促使特種加工技術(shù)不斷進(jìn)步和快速發(fā)展。所謂特種加工，是一種利用化學(xué)能、電能、聲能、機(jī)械能以及光能和熱能對(duì)金屬或非金屬材料進(jìn)行加工的方法。其工作原理不同于傳統(tǒng)的機(jī)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(shù)在國(guó)內(nèi)外各行各業(yè)的應(yīng)用中取得了巨大成效，它們有著各自的特點(diǎn)，特殊材料或特殊結(jié)構(gòu)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(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的重要加工手段和關(guān)鍵制造技術(shù)。[1]特種加工的特點(diǎn)

特種加工與一般機(jī)械切削加工相比，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在某種場(chǎng)合上，它是一般機(jī)械切削加工的補(bǔ)充，擴(kuò)大了機(jī)械加工的領(lǐng)域。它具有以下較為突出的特點(diǎn)。

（1）不用機(jī)械能，與加工對(duì)象的機(jī)械性能無關(guān)，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(xué)加工等，是利用熱能、化學(xué)能、電化學(xué)能等，這些加工方法與工件的硬度強(qiáng)度等機(jī)械性能無關(guān)，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)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(xì)加工，工件表面質(zhì)量高，有些特種加工，如超聲、電化學(xué)、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細(xì)進(jìn)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(jī)械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應(yīng)力、殘余應(yīng)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(fù)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(duì)簡(jiǎn)化加工工藝、變革新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及零件結(jié)構(gòu)工藝性等產(chǎn)生積極的影響。

特種加工的分類

與其它先進(jìn)制造技術(shù)一樣，特種加工正在研究、開發(fā)推廣和應(yīng)用之中，具有很好的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。依據(jù)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(jī)械能 離子束加工。

（3）電、化學(xué)能 電解加工、電解拋光。

（4）電、化學(xué)能、機(jī)械能 電解磨削、陽極機(jī)械磨削。（5）光、熱能 激光加工。

（6）化學(xué)能 化學(xué)加工、化學(xué)拋光。（7）聲、機(jī)械能 超聲加工。

（8）機(jī)械能 磨料噴射加工、磨料流加工、液體噴射加工。

目前，生產(chǎn)實(shí)用中應(yīng)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(xué)加工技術(shù)。

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(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡(jiǎn)稱EDM。1.電火花加工的工作原理

進(jìn)行電火花加工時(shí)，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?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給，當(dāng)兩電極間的間隙達(dá)到一定距離時(shí)，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。

電火花加工

在放電的微細(xì)通道中瞬時(shí)集中大量的熱能，溫度可高達(dá)一萬攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點(diǎn)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(shí)在工件表面上便留下一個(gè)微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復(fù)絕緣狀態(tài)。

緊接著，下一個(gè)脈沖電壓又在兩電極相對(duì)接近的另一點(diǎn)處擊穿，產(chǎn)生火花放電，重復(fù)上述過程。這樣，雖然每個(gè)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(chǎn)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(jìn)給，最后便加工出與工具電極形狀相對(duì)應(yīng)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(duì)運(yùn)動(dòng)方式，就能加工出各種復(fù)雜的型面。

工具電極常用導(dǎo)電性良好、熔點(diǎn)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(zhì)，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(diǎn)較高、性能穩(wěn)定的介質(zhì)，如煤油、去離子水和乳化液等。

2.電火花加工的主要特點(diǎn)

①能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復(fù)雜形狀工件；

②加工時(shí)無切削力；

③不產(chǎn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；

⑥加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進(jìn)一步去除；

⑦工作液的凈化和加工中產(chǎn)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(fù)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(zhì)合金和淬火鋼等；③加工深細(xì)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(yīng)用領(lǐng)域及最新進(jìn)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，電火花加工機(jī)的各項(xiàng)工藝指標(biāo)均已達(dá)到很高的水平，機(jī)床具有了優(yōu)越的性能與強(qiáng)大的功能。在這種情況下，進(jìn)一步發(fā)展就應(yīng)該呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)。電加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)歸納為五化：精密微細(xì)化、智能化、個(gè)性化、綠色環(huán)保化和高效化[2]。

研究表明，對(duì)于同一種金屬材料，在電火花加工時(shí)，存在一個(gè)最佳脈沖參數(shù)組合。所謂最佳脈沖參數(shù)，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(chǎn)率。即隨著加工電流的改變，存在一個(gè)最佳的加工電流值，低于或者超過這個(gè)最佳值，都會(huì)降低加工速度；在其它電規(guī)準(zhǔn)不變的情況下，隨著脈沖寬度的改變，也存在一個(gè)最佳的脈寬值，低于或者超過這個(gè)最佳脈寬值，都會(huì)降低電火花加工的速度。脈間減小，脈寬系數(shù)增大，加工速度提高。當(dāng)設(shè)定的極間距離比常用的加工條件窄時(shí)，放電產(chǎn)生的加工液沸騰、氣化膨脹使得放電通道周圍介質(zhì)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(shí)間，增加放電頻率，促進(jìn)放電生成物的排出，提高加工效率。上海交通大學(xué)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(shù)為80%，平均極間距為47μm時(shí)，即使不采用定時(shí)抬刀，仍然可以將放電生成物順利排極間，從而實(shí)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(diǎn)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(yīng)提Kunieda 等又以氧氣作工作介質(zhì)，研究了氣中放電三維銑削加工，最大加工效率達(dá)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(jī)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(jī)，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(guó)枝正典等人，在研究電火花加工放電位置檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了放電位置的可控性研究。其試驗(yàn)原理基于對(duì)放電等效回路的分析，可以在納秒數(shù)量級(jí)內(nèi)獲得優(yōu)先擊穿的幾率[5]。這一研究進(jìn)展對(duì)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(dòng)的控制策略變成為主動(dòng)控制策略，從而不必依賴延長(zhǎng)放電停歇時(shí)間來保證間隙消電離，避免放電集中導(dǎo)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(shí)現(xiàn)高效電火花加工，全面推動(dòng)電火花加工設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，在采用先進(jìn)控制系統(tǒng)的同時(shí)，機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也需要進(jìn)一步完善，其研究進(jìn)展主要表現(xiàn)在以下幾方面：以往直線電機(jī)主要用在加工中心上。目前，直線電機(jī)在沙迪克公司生產(chǎn)的EDM和WEDM機(jī)床上已廣泛使用。直線電機(jī)的使用，滿足了EDM加工高速響應(yīng)的特別要求。最大驅(qū)動(dòng)力高達(dá)3000N，速度可100m/min，最大加速度達(dá)1g 以上。能消除由于電蝕產(chǎn)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(zhì)量，提高了加工效率[6]。在驅(qū)動(dòng)方式上，過去常以滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)。近年來，不斷探索采用新型的驅(qū)動(dòng)方式，如具有快速響應(yīng)的電磁式線性驅(qū)動(dòng)裝置、壓電元件和磁致伸縮振子驅(qū)動(dòng)裝置等的應(yīng)用已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，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(shè)計(jì)中，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(chǎn)率最高的最佳加工效果。在這方面應(yīng)敢于創(chuàng)新并進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)嘗試，不斷改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過將研究成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，全面提高電火花加工的加工性能。比如蘇州電加工機(jī)床研究所葉軍所長(zhǎng)等人發(fā)明設(shè)計(jì)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(nèi)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(jī)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(duì)高效放電銑削加工工藝的發(fā)展和應(yīng)用具有實(shí)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(jìn)電火花加工控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)、機(jī)床結(jié)構(gòu)等對(duì)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(yīng)提高粗、精加工效率，同時(shí)應(yīng)減少輔助加工時(shí)間，包括編程時(shí)間、工件裝夾時(shí)間、維修時(shí)間等。

電火花線切割加工技術(shù)

電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡(jiǎn)稱WEDM），有時(shí)又稱線切割。其基本工作原理是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲（稱為電極絲）作電極，對(duì)工件進(jìn)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(tái)上，工作臺(tái)通常由X軸和Y 軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。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(dòng)電極絲沿其軸向移動(dòng)。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(fù)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(fù)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)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)預(yù)先輸入的工作程序輸出相應(yīng)的信息，使工作臺(tái)作相應(yīng)的移動(dòng)，工件與電極絲靠近。當(dāng)兩者接近到適當(dāng)距離時(shí)(一般為0.01～0.04毫米)便產(chǎn)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(jù)這一距離的大小和預(yù)先輸入的程序，不斷地發(fā)出進(jìn)給信號(hào)，使加工過程持續(xù)進(jìn)行。2.電火花線切割加工的主要特點(diǎn)

電火花線切割加工除具有電火花加工的基本特點(diǎn)外，還有一些其他特點(diǎn)： ①不需要制造形狀復(fù)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(dá)到的切割效率一般為20～60毫米2/分，最高可達(dá)300毫米2/分；加工精度一般為±0.01～±0.02毫米，最高可達(dá)±0.004毫米；表面粗糙度一般為Rα2.5～1.25微米,最高可達(dá)Rα0.63微米；切割厚度一般為40～60毫米，最厚可達(dá)600毫米。

3.電火花線切割加工的應(yīng)用領(lǐng)域及研究進(jìn)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(xì)小零件和特殊材料的加工中也得到日益廣泛的應(yīng)用。此外，在試制電機(jī)、電器等產(chǎn)品時(shí)，可直接用線切割加工某些零件，省去制造沖壓模具的時(shí)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(jìn)加工工藝方面都取得了許多新的進(jìn)展。主要表現(xiàn)在突破了許多傳統(tǒng)觀念的束縛,產(chǎn)生了一些新的加工方法,以及一些新的控制和檢測(cè)方式,這些進(jìn)展既提高了加工質(zhì)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(zhì)溶液中加工,大大擴(kuò)展了這一技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

對(duì)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(duì)工件最薄處來設(shè)置加工參數(shù),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?yàn)楹茈y在線得到工件的厚度并設(shè)置合適的加工參數(shù),因此發(fā)展了許多近似數(shù)學(xué)模型來估計(jì)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(guān)系,其中模型系數(shù)通過大量的實(shí)驗(yàn)獲得。然而這樣的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型只適用于加工厚度逐漸變化的工件,對(duì)于厚度突然增加或者減少的工件卻不適用。為此,一個(gè)多輸入的動(dòng)態(tài)和隨機(jī)模型被用來描述平均間隙電壓,放電頻率和機(jī)床進(jìn)給速度之間的關(guān)系[9-10 ]。對(duì)于iso 能量型的電火花線切割機(jī)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(diǎn)看,每一個(gè)放電都是一個(gè)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(zhì)的導(dǎo)電性以及放電持續(xù)時(shí)間等;對(duì)于典型波形的放電電壓和電流,可計(jì)算出單次放電能量以及單位時(shí)間內(nèi)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(shí)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(guān),還受到間隙寬度、工件高度以及電極絲進(jìn)給速度的影響。因此,可得出材料去除量與放電頻率之間關(guān)系的等式。其中的系數(shù)與文獻(xiàn)[9]中不同,前者與放電持續(xù)時(shí)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(guān),而后者只是放電頻率的函數(shù),當(dāng)工件高度改變時(shí)加工特性也發(fā)生改變,因此在估計(jì)到工件高度之前,很難得到正確的厚度辨識(shí)系數(shù)。由于影響高度辨識(shí)參數(shù)的值涉及許多變量且數(shù)量龐大,很難在線全部檢測(cè)到,所以為了簡(jiǎn)化厚度辨識(shí)過程,首先用文獻(xiàn)[9]中等式辨識(shí)出工件厚度,然后乘上一個(gè)修正因子,就得到了最終辨識(shí)工件厚度,而修正因子是初始辨識(shí)到的工件厚度的函數(shù)。實(shí)踐證明[11] ,這種辨識(shí)工件厚度的方法是可行的、精確的,辨識(shí)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(huì)在加工過程中產(chǎn)生一定的延遲,特別是在絲的中部。文獻(xiàn)[12]提出了一種結(jié)合攝像機(jī)和CCD 的技術(shù)來測(cè)量電極絲經(jīng)過工件時(shí)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(duì)于伺服控制以及脈沖電源的自適應(yīng)控制是一個(gè)很重要的依據(jù)。目前廣泛應(yīng)用的固定閥值法很難用來測(cè)量非矩形間隙電壓波形,文獻(xiàn)[13]提出了浮動(dòng)閥值法來檢測(cè)間隙電流和測(cè)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(shí)時(shí)地區(qū)分3 種不同的放電狀態(tài)(開路、放電和短路)。

激光機(jī)工

激光加工是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的。它擴(kuò)展了光為人類服務(wù)的領(lǐng)域，加深了人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)。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(fù)合涂層及陶瓷涂層，從而使得激光表面加工技術(shù)成為再制造的一項(xiàng)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(guó)激光在此領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)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(guān)；微細(xì)激光加工裝備缺口較大；而這些領(lǐng)域我國(guó)的生產(chǎn)加工企業(yè)正在積蓄力量穩(wěn)步進(jìn)入，國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng)有很大發(fā)展空間。國(guó)內(nèi)各類制造業(yè)接受了激光加工技術(shù)，使他們的產(chǎn)品加快產(chǎn)品更新的速度。

1.激光機(jī)工的基本原理

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

公認(rèn)的激光加工原理是兩種：分別為激光熱加工和光化學(xué)加工(又稱 冷加工)。激光熱加工指當(dāng)激光束照射到物體表面時(shí)，引起快速加熱，熱力把對(duì) 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(nèi)產(chǎn)生熱激發(fā)過程，從而使材料表面（或涂層）溫度上升，產(chǎn)生變態(tài)、熔融、燒蝕、蒸發(fā)等現(xiàn)象

光化學(xué)加工指當(dāng)激光束加于物體時(shí)，高密度能量光子引發(fā)或控制光化學(xué)反應(yīng)的加工過程.冷加工具有很高負(fù)荷能量的（紫外）光子，能夠打斷材料（特別是有機(jī)材料）或周圍介質(zhì)內(nèi)的化學(xué)鍵，至使材料發(fā)生非熱過程破壞。這種冷加工在激光標(biāo)記加工中具有特殊的意義，因?yàn)樗皇菬釤g，而是不產(chǎn)生“熱損傷”副作用的、打斷化學(xué)鍵的冷剝離，因而對(duì)被加工表面的里層和附近區(qū)域不產(chǎn)生加熱或熱變形等作用

2.激光加工的特點(diǎn)

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(jìn)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(huì)與工件的表面 直接磨察產(chǎn)生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對(duì)象受熱影響的范圍較小而 且不會(huì)產(chǎn)生噪音。

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

3.激光加工的應(yīng)用領(lǐng)域及研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)工業(yè)激光設(shè)備企業(yè)和研制生產(chǎn)概況自上世紀(jì)90年代開始，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了許多從事研制、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)激光器和激光加工設(shè)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(jīng)營(yíng)理念完全定位于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，在市場(chǎng)中找生機(jī)，發(fā)揮企業(yè)優(yōu)勢(shì)，擇優(yōu)而用，滿足用戶要求,通過融資，壯大財(cái)力,吸納海內(nèi)外技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過各種渠道，形成 自家的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和服務(wù)于用戶的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。激光加工的應(yīng)用現(xiàn)狀 激光加工的應(yīng)用現(xiàn)狀激光加工是激光應(yīng)用最有發(fā)展前途的領(lǐng)域，現(xiàn)在已開發(fā)出20 多種激光加工技術(shù)。激光 的空間控制性和時(shí)間控制性很好，對(duì)加工對(duì)象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很 大，特別適用于自動(dòng)化加工。激光加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動(dòng)化加工設(shè)備，已成為企業(yè)實(shí)行適 時(shí)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。目前已成熟的激 光加工技術(shù)包括：激光切割技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打標(biāo)技術(shù)、激光快速成形技術(shù)、激光 打孔技術(shù)、激光去重平衡技術(shù)、激光蝕刻技術(shù)、激光微調(diào)技術(shù)、激光存儲(chǔ)技術(shù)、激光劃線技 術(shù)、激光清洗技術(shù)、激光熱處理和表面處理技術(shù)。

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(shí)上,激光一經(jīng)發(fā)明,人們首先想到用其來對(duì)寶石這類采用常規(guī)方法難以加工的材料進(jìn)行孔加工。目前,激光已經(jīng)廣泛用于各類材料的孔加工和切割,如進(jìn)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(diǎn)[14]:利用激光的高密度能量,可對(duì)高熔點(diǎn)、難熔金屬或兩種不同金屬材料進(jìn)行焊接,也可對(duì)非金屬材料進(jìn)行焊接(如玻璃的焊接);加熱速度快,作用時(shí)間短,熱影響區(qū)小,熱變形可以忽略;屬于非接觸焊接,無機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械變形;激光焊接裝置容易與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī);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(yīng)用。激光表面改性技術(shù)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(qiáng)化等[15]。利用激光表面改性技術(shù)可以極大地提高零件表面的機(jī)械、物理和化學(xué)性質(zhì),現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

例如經(jīng)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(chǎn)生的質(zhì)量損耗為0.6～1.4 mg;而在相同試驗(yàn)條件下,未經(jīng)處理的AISI1045 鋼的硬度HRC 僅為35 ,質(zhì)量損耗為4.18 mg ,經(jīng)激光表面硬化后的樣品耐磨性能提高3～6 倍。在我國(guó),激光表面硬化已廣泛應(yīng)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(duì)小汽車缸套的熱處理已取得明顯經(jīng)濟(jì)效益, 經(jīng)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(dǎo)體器件和芯片的加工,也可用于精密光學(xué)器件的加工,如用激光刻蝕加工半導(dǎo)體芯片和三維光柵。利用激光的高密度能量,可對(duì)硬脆性難加工材料進(jìn)行激光銑削加工(如利用脈沖激光銑削加工硬質(zhì)合金和氧化鋁陶瓷)。利用脈沖激光還可以對(duì)軋輥進(jìn)行毛化,經(jīng)過毛化的軋輥軋制的汽車簿板具有著油漆牢固的特點(diǎn)[16];另外還可以利用激光對(duì)鋼套等零件進(jìn)行毛化,大大提高其耐磨壽命。

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

早在1977 年,美國(guó)麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系科學(xué)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(chǎn)生力學(xué)共振而使污垢凝結(jié)脫落。激光清洗可用來清洗微電子芯片、設(shè)備的剝漆,以及對(duì)古董、字畫進(jìn)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(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)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(jī)理（如超聲、激光等加工）還不十分清楚，其工藝參數(shù)選擇、加工過程的穩(wěn)定性均需進(jìn)一步提高。

（2）有些特種加工（如電化學(xué)加工）加工過程中的廢渣、廢氣若排房不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)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(chǎn)率有待提高。

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

特種加工的發(fā)展趨勢(shì)

廣泛采用自動(dòng)化技術(shù)、利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)特種加工設(shè)備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)的自動(dòng)控制，建立特種加工的系統(tǒng)，這是當(dāng)前特種加工的主要發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)由不同特種加工技術(shù)復(fù)合而成的加工方法，如電解電火花加工、電解電弧加工等復(fù)合加工，以揚(yáng)長(zhǎng)避短提高經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)率，另外還應(yīng)著重于新的工藝方法的研究，不斷提高加工工藝水平?？紤]到一些特種加工技術(shù)對(duì)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(zhuǎn)化問題，向“綠色” 工業(yè)及可持續(xù)發(fā)展工業(yè)轉(zhuǎn)化。

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第三篇：特種加工論文

加工間隙內(nèi)電解產(chǎn)物對(duì)微細(xì)電解加工

院（系）名稱：

班 級(jí)：姓 名： 學(xué) 號(hào)：

機(jī)電工程學(xué)院

的影響分析 加工間隙內(nèi)電解產(chǎn)物對(duì)微細(xì)電解加工的影響分析

摘要：微細(xì)電解加工時(shí)，由于間隙微小，生成的電解產(chǎn)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(jìn)行，利用工具電極作間歇快速回退是移除間隙內(nèi)的電解產(chǎn)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(chǎn)物移除速率對(duì)加工速度的影響，結(jié)果表明：加工速度并不隨加工間隙的減小而單調(diào)增大，實(shí)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(yīng)以與之對(duì)應(yīng)的間隙值作為實(shí)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(guān)鍵詞：微細(xì)電解加工；電解產(chǎn)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(xué)溶解的原理，對(duì)工件進(jìn)行減材加工。在電解加工時(shí)，工件材料是以離子的形式被蝕除，理論上工件可達(dá)到微米甚至納米精度，因此在精密、微細(xì)制造領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。但電解加工時(shí)陰、陽極間的電位差在加工間隙中形成的電場(chǎng)使工件上不希望被加工的部位和已加工部位都會(huì)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(chǎng)、改善流場(chǎng)是增強(qiáng)電解加工的集中蝕除能力、改善加工精度的基本途徑。為實(shí)現(xiàn)較高精度的微細(xì)電解加工，某個(gè)研究室提出了一種采用工具電極側(cè)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(xì)電解加工達(dá)到工業(yè)應(yīng)用要求的可行性。在微細(xì)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(cè)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(duì)于被蝕除掉的金屬體積)電解產(chǎn)物蓄積在加工區(qū)內(nèi)，導(dǎo)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(yīng)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(shí)采用的強(qiáng)制沖液更新間隙中電解液的方法在微細(xì)電解加工無法應(yīng)用。為使微細(xì)電解加工能持續(xù)進(jìn)行，通過加工間隙伺服控制，利用工具電極間歇回退產(chǎn)生的抽吸作用排出電解產(chǎn)物、更新加工區(qū)內(nèi)部電解液將是一有效可行的技術(shù)途徑。l.電解加工的電化學(xué)過程分析

電解加工時(shí)，在工件金屬(陽極)和工具電極(陰極)表面分別進(jìn)行著氧化和還原反應(yīng)。反應(yīng)是由發(fā)生在電極(這里的電極指的是在電化學(xué)反應(yīng)中作為電子導(dǎo)電相的金屬，而非工具電極)／溶液這兩種導(dǎo)體界面上的一系列性質(zhì)不同的過程組成，在電化學(xué)理論中統(tǒng)稱為“電極過程”。根據(jù)電極動(dòng)力學(xué)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(zhì)步驟——反應(yīng)物粒子向電極表面附近液層遷移。

(2)表面前置轉(zhuǎn)化步驟——反應(yīng)粒子在電極表面或表面附近液層進(jìn)行反應(yīng)前的轉(zhuǎn)化，如反應(yīng)粒子的吸附、金屬絡(luò)離子的解離或其他化學(xué)變化。

(3)電化學(xué)反應(yīng)步驟(亦稱電子轉(zhuǎn)移步驟)反應(yīng)粒子在電極／溶液界面上得電子或失電子，生成 還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)產(chǎn)物。

(4)表面隨后轉(zhuǎn)化步驟——反應(yīng)粒子在電極表面或表面附近液層進(jìn)行反應(yīng)后的轉(zhuǎn)化，如反應(yīng)產(chǎn)物從電極表面脫附、復(fù)合、分解、歧化或其他化學(xué)變化。(5a)新相生成步驟--反應(yīng)產(chǎn)物生成新相(氣體或固相沉積層)。

(5b)反應(yīng)后液相傳質(zhì)步驟——可溶性反應(yīng)產(chǎn)物從電極表面向溶液內(nèi)部遷移。

(5b)反應(yīng)產(chǎn)物移除步驟——可溶性反應(yīng)產(chǎn)物向溶液內(nèi)部遷移和產(chǎn)生的新相被從加工間隙中移除。如這些電解產(chǎn)物不能及時(shí)有效地被移除掉而蓄積在加工間隙中，其中的金屬沉淀產(chǎn)物還會(huì)逐漸在陽極表面沉積，形成一層薄膜，阻礙反應(yīng)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(yīng)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(shí)反應(yīng)產(chǎn)物移除步驟將取代換液良好時(shí)的電化學(xué)反應(yīng)步驟而成為加工控制步驟，反應(yīng)產(chǎn)物的移除(或電解液的更新)速度制約著陽極金屬的實(shí)際蝕除速度，成為在微細(xì)電解加工中影響實(shí)際加工速度的決定性因素。2電解產(chǎn)物移除策略

為了有效地移除電解產(chǎn)物，保證加工的持續(xù)進(jìn)行，常規(guī)電解加工主要利用高壓、高速的電解液流動(dòng)來帶走反應(yīng)產(chǎn)物(包括反應(yīng)熱)。但在微細(xì)電解加工時(shí)，由于電極本身尺寸微小，高沖液壓力可能導(dǎo)致電極發(fā)生振動(dòng)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(duì)加工區(qū)域內(nèi)部較深處電解液的擾動(dòng)和更新能力很弱，這在深小孑L加工時(shí)尤其明顯。此時(shí)僅對(duì)加工區(qū)進(jìn)行外部沖液只能移除掉加工區(qū)域外部和淺表處的反應(yīng)產(chǎn)物，加工間隙 內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物仍會(huì)蓄積。在微細(xì)電解加工時(shí)，排出電解產(chǎn)物、更新加工間隙內(nèi)部電解液的能途徑，一是工具電極高速旋轉(zhuǎn)’，或是工具電極間歇回退引。電極高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于電解液具有一定粘性，旋轉(zhuǎn)電極的邊界將拽引著周圍的流體隨它一起作圓周運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)了間隙內(nèi)電解液的對(duì)流，改善了流場(chǎng)。電極旋轉(zhuǎn)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(chǎn)物無法順利排出，故仍需依賴間歇回退來強(qiáng)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(shí)間間隔快速回退，使加工區(qū)域內(nèi)部的壓力驟然降低，形成強(qiáng)烈的抽吸作用，一方面可充分將加工區(qū)內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)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(nèi)，并可通過熱對(duì)流抑制加工區(qū)內(nèi)的溫升。間歇回退方式對(duì)單電極和陣列電極加工都適用，在微細(xì)電解加工研究中得到了較多的應(yīng)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(yùn)動(dòng)過程中對(duì)孔側(cè)壁二次加工；然后電極逆進(jìn)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(yīng)物盡量沖走；再根據(jù)進(jìn)給速度計(jì)算當(dāng)前加工位置，電極快速前進(jìn)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(jìn)過程)所需時(shí)間，由伺服控制裝置的響應(yīng)速度決定；T，為兩次回退之問的進(jìn)給加工時(shí)間。加工最初時(shí)，間隙內(nèi)是新鮮電解液，電化學(xué)反應(yīng)步驟是加工過程控制步驟；加工一段時(shí)間后，隨著電解產(chǎn)物蓄積，間隙內(nèi)電解液實(shí)際電導(dǎo)率降低，電化學(xué)反應(yīng)速度隨之減小，這時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物移除步驟成為控制步驟，當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物在間隙內(nèi)積累到一定數(shù)量(并不一定需占據(jù)全部間隙空間)，加工中斷，此時(shí)需回退換液，如此往復(fù)。因此間歇回退加工過程實(shí)際由電化學(xué)反應(yīng)步驟和反應(yīng)產(chǎn)物移除步驟交替控制，加工速度的計(jì)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(yīng)產(chǎn)物的移除速度的影響。

3間歇回退方式加工速度分析 當(dāng)加工間隙△很大，在曲線極值點(diǎn)的右側(cè)時(shí)，隨著△減小，加工速度會(huì)逐漸增大，這是由于 陽極金屬蝕除速度。較小，電解產(chǎn)物生成速度較慢，對(duì)間隙內(nèi)加工條件的影響較小，此時(shí)電化學(xué)反應(yīng)步驟是加工過程的控制步驟，加工速度主要受影響。當(dāng)加工間隙減小到極值點(diǎn)附近時(shí)，此時(shí)加工程實(shí)際由電化學(xué)反應(yīng)步驟和反應(yīng)產(chǎn)物移除步驟混合控制，兩個(gè)步驟的潛在反應(yīng)速度基本相同。當(dāng)加工間隙△繼續(xù)減小，趨近于零時(shí)，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(shí)，間隙空間內(nèi)容污(反應(yīng)產(chǎn)物)能力弱，陽極金屬蝕除速度迅速降低，有效加工時(shí)間很短，此時(shí)反應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)物移除速度的影響。在微細(xì)加工感興趣的微小加工間隙(△<30 m)內(nèi)，如圖5所示，當(dāng)A值很小(=0．0005)時(shí)，B值對(duì)加工速度的影響很小。這是因?yàn)樵谖⑿〖庸らg時(shí)，產(chǎn)物生成速度快，有效加工時(shí)間丁，相對(duì)于回退時(shí)間丁n而言較小，對(duì)加工速度的影響也較小。這意味著，為了達(dá)到較好的加工精度，采用小間隙加工時(shí)，產(chǎn)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(huì)隨之增大)，對(duì)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(huì)導(dǎo)致集中蝕除能力變?nèi)?，加工區(qū)域的側(cè)面間隙擴(kuò)大。因此在微小加工間隙時(shí)應(yīng)采用低濃度電解液和低電壓加工，加工速度不會(huì)明顯下降，同時(shí)能更好地保證加工精度.4結(jié)論

在微細(xì)電解加工過程中，隨著加工間隙減小，加工區(qū)域內(nèi)電解產(chǎn)物的移除和電解液更新困難，電解產(chǎn)物的移除步驟制約著陽極金屬的實(shí)際蝕除速度，逐漸成為加工過程的控制步驟，最終決定了實(shí)際加工速度。在微小加工間隙時(shí)不能簡(jiǎn)單地根據(jù)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(shù)，否則會(huì)得出與實(shí)際情況矛盾的結(jié)果。加工速度的計(jì)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(yīng)產(chǎn)物的移除速度的影響。為了有效移除電解產(chǎn)物，保證加工的持續(xù)進(jìn)行，可采用工具電極間歇回退加工方式來強(qiáng)化加工間隙內(nèi)部電解液的更新。間歇回退加工時(shí)，實(shí)際加工速度并不隨加工間隙..△的減小而單調(diào)增大，實(shí)際加工速度存在極限值(極大值)，將對(duì)應(yīng)的間隙值作為實(shí)際加工間隙，可兼顧加工效率和加工精度。當(dāng)加工間隙△減小并趨近于零時(shí)，由于電解產(chǎn)物的影響，陽極金屬蝕除速度并不會(huì)趨于無窮大，實(shí)際加工速度將隨△減小反而降低。參考文獻(xiàn)：

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第四篇：特種加工論文

特種加工技術(shù)的現(xiàn)代應(yīng)用及其發(fā)展研究

摘要：特種加工技術(shù)是直接借助電能、熱能、聲能、光化學(xué)能或者復(fù)合能實(shí)現(xiàn)材料切削的加工方法，是難切削材料、復(fù)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(diǎn)、分類以及近些年應(yīng)用于特種加工的一些新方法、新工藝。

關(guān)鍵詞：特種加工 電火花加工 電化學(xué)加工 高能束流加工 超聲波加工 復(fù)合加工

1、特種加工技術(shù)的特點(diǎn)

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

1.1以柔克剛。因?yàn)楣ぞ吲c工件不直接接觸，加工時(shí)無明顯的強(qiáng)大機(jī)械作用力，故加工脆性材料和精密微細(xì)零件、薄壁零件、彈性元件時(shí)，工具硬度可低于被加工材料的硬度。

1.2用簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)加工復(fù)雜型面。特種加工技術(shù)只需簡(jiǎn)單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)即可加工出三維復(fù)雜型面。特種加工技術(shù)已成為復(fù)雜型面的主要加工手段。

1.3不受材料硬度限制。因?yàn)樘胤N加工技術(shù)主要不依靠機(jī)械力和機(jī)械能切除材料，而是直接用電、熱、聲、光、化學(xué)和電化學(xué)能去除金屬和非金屬材料。它們瞬時(shí)能量密度高，可以直接有效地利用各種能量，造成瞬時(shí)或局部熔化，以強(qiáng)力、高速爆炸、沖擊去除材料。其加工性能與工件材料的強(qiáng)度或硬度力學(xué)性能無關(guān)，故可以加工各種超硬超強(qiáng)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)材料的加工。

1.4可以獲得優(yōu)異的表面質(zhì)量。由于在特種加工過程中，工件表面不產(chǎn)生強(qiáng)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(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化、熱影響區(qū)及毛刺等表面缺陷均比機(jī)械切削表面小。各種加工方法可以任意復(fù)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

由于特種加工技術(shù)具有其它常規(guī)加工技術(shù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代加工技術(shù)中，占有越來越重要的地位。許多現(xiàn)代技術(shù)裝備，特別是航空航天高技術(shù)產(chǎn)品的一些結(jié)構(gòu)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(xì)表面尺寸精度達(dá)0.001Pm 或納米（nm）級(jí)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(shù)不可。如今，特種加工技術(shù)的應(yīng)用已遍及到各個(gè)加工領(lǐng)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(fù)極，加上電壓，因電極之間的放電效應(yīng)，產(chǎn)生火花放電對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕來進(jìn)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)加工及電火花強(qiáng)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(jìn)入產(chǎn)品加工的比重是比較小，大多數(shù)用于工具和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(nèi)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(shù)和設(shè)備都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，無論從設(shè)備自動(dòng)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(xué)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(shí)，工件接直流電源的正極（陽極），按要求形狀制成的工具接負(fù)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(jī)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(dòng)機(jī)新結(jié)構(gòu)、新材料構(gòu)件廣泛利用電解加工，如鈦合金零件、高溫渦輪深細(xì)冷卻孔、整體渦輪和葉輪以及大型環(huán)形殼體件的內(nèi)外旋轉(zhuǎn)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(shù)已成為研制先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵制造技術(shù)之一。

電解加工的發(fā)展趨勢(shì)：進(jìn)一步拓寬電解加工的應(yīng)用范圍，提高加工精度，降低加工成本，提高生產(chǎn)率，建立電解加工柔性制造系統(tǒng)（FMS），開展計(jì)算機(jī)數(shù) 2 控仿形電解加工技術(shù)研究，開展理論研究和建立過程模型。

2.3復(fù)合加工（CM，Combined Machinin）是指用多種能量組合進(jìn)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(duì)于陶瓷、玻璃和半導(dǎo)體等高脆性材料，復(fù)合加工是經(jīng)濟(jì)、可靠地實(shí)現(xiàn)高的成形精度和極低的表面粗糙度（可達(dá)10nm），并是使表面和亞表層的晶體結(jié)構(gòu)組織的損傷減少至最低程度的有效方法。復(fù)合加工的方法大多是在機(jī)械加工的同時(shí)，應(yīng)用流體力學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、電力、磁力和聲波等能量進(jìn)行綜合加工。也有不用常規(guī)的加工方法而僅僅依靠化學(xué)、光學(xué)或液動(dòng)力等作用的復(fù)合加工。復(fù)合加工的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：復(fù)合加工是對(duì)傳統(tǒng)中常用的單一的機(jī)械加工、電加工和激光加工等方法的重要發(fā)展和補(bǔ)充。隨著精密機(jī)械大量使用脆性材料（如陶瓷、光學(xué)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(dǎo)體晶片、電子槍的單晶體LaB4 和藍(lán)寶石等），將促使對(duì)其他能量形式的加工機(jī)理進(jìn)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(fù)合加工方法。發(fā)展虛擬制造技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真模擬有限元分析方法來精確優(yōu)化加工參數(shù)。如對(duì)脆性材料的物理化學(xué)特性多樣的研究，可以開發(fā)出對(duì)脆性材料進(jìn)行無微細(xì)裂紋且經(jīng)濟(jì)性高的有效的工藝，并可預(yù)測(cè)出各種不同的復(fù)合加工工藝的物理參數(shù)和磨料特性下的表面精整質(zhì)量、形狀精度和材料去除率，以利于對(duì)加工過程進(jìn)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(shù)改變了原有的設(shè)計(jì)思想，可將原有的高精度復(fù)雜難加工型面或無法加工的大型整體零件分成若干個(gè)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(dòng)，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(dá)0.05 0.01mm，表面粗糟度Ra值可達(dá)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(jìn)行套料切割、開槽和雕刻等，由于超聲波加工的生產(chǎn)效率比電火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相對(duì)較好，所以常用于對(duì)工件的拋磨和光整加工。

3、特種加工的發(fā)展趨勢(shì)

為進(jìn)一步提高特種加工技術(shù)水平及擴(kuò)大其應(yīng)用范圍 , 當(dāng)前特種加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾點(diǎn): 3 3.1、采用自動(dòng)化技術(shù)。充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)特種加工設(shè)備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化 , 加大對(duì)特種加工的基本原理、加工機(jī)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(shù)自適應(yīng)控制裝置、數(shù)據(jù)庫等(如超聲、激光等加工), 進(jìn)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(shè)備向自動(dòng)化、柔性化方向發(fā)展 , 這是當(dāng)前特種加工技術(shù)的主要發(fā)展方向。

3.2、趨向精密化研究。高新技術(shù)的發(fā)展促使高新技術(shù)產(chǎn)品向超精密化與小型化方向發(fā)展 , 對(duì)產(chǎn)品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴(yán)格的要求。為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì) , 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(shù)(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(fù)合工藝。為適應(yīng)產(chǎn)品的高技術(shù)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(xì)加工和復(fù)合加工 , 尤其是質(zhì)量高、效率高、經(jīng)濟(jì)型的復(fù)合加工 , 如工程陶瓷、復(fù)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(yīng)用、發(fā)展的嚴(yán)重障礙。加工過程中產(chǎn)生的廢渣、廢氣如果排放不當(dāng) , 會(huì)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(jìn)一步開拓特種加工技術(shù)。以多種能量同時(shí)作用 , 相互取長(zhǎng)補(bǔ)短的復(fù)合加工技術(shù) , 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。

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第五篇：特種加工課程感想

離畢業(yè)的日子越來越近，找工作的步伐也越來越急促了，因而上課的課程越來越緊張。本學(xué)期學(xué)習(xí)了《特種加工》這門課程，雖然它只作為考查課，但其實(shí)對(duì)它并不是很陌生。因?yàn)樵谥暗恼n程學(xué)習(xí)及相關(guān)的實(shí)習(xí)中都會(huì)有一定的認(rèn)識(shí)，只是沒有那么全面、系統(tǒng)地學(xué)習(xí)。

經(jīng)過這三十幾個(gè)課時(shí)對(duì)特種加工的學(xué)習(xí)，我有一定的收獲。在我學(xué)習(xí)它之前我本以為電火花加工就是特種加工，其實(shí)它只是特種加工的一種方法，還有其它的加工方法，如激光加工、超聲加工、水射流切割加工、電子束和離子束加工等。他們都有著共同的加工特點(diǎn)：①不用機(jī)械能；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；③微細(xì)加工，工件表面質(zhì)量高；④不存在加工中的力應(yīng)變或熱應(yīng)變；⑤兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合成新的復(fù)合加工。

由特種加工上述的特點(diǎn)，其對(duì)機(jī)械制造和結(jié)構(gòu)工藝性具有重大影響，主要表現(xiàn)在：

①改變了零件的傳統(tǒng)工藝路線。如切削工序，應(yīng)安排在淬火熱處理工序之前進(jìn)行。但因?yàn)樘胤N加工基本上不受工件硬度的影響，所以特種加工不受淬火的影響，可任意安排。

②縮短了新產(chǎn)品的試制周期。在新產(chǎn)品試制時(shí)，如采用光電、數(shù)控電火花線切割，便可直接加工出各種標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)直齒輪、各種復(fù)雜的二次曲面體零件等，從而大大地縮短了試制周期。

③影響產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如花鍵孔、齒輪的齒根部分，為了減少應(yīng)力集中應(yīng)設(shè)計(jì)制成小圓角。如果采用電解加工，此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可簡(jiǎn)化。

④重新衡量傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝性的好壞。對(duì)于電火花穿孔、電火花線切割工藝來說，加工方孔和加工圓孔的難易程度是一樣的。

通過本課程的學(xué)習(xí)，我也了解到了我國(guó)近年來在特種加工技術(shù)方面做了大量的研究工作，也取得了一些成就，但是由于多方面原因，導(dǎo)致了我國(guó)的特種加工技術(shù)與世界先進(jìn)水平相比，還存在相當(dāng)大的差距。因而我思考著應(yīng)該有以下幾方面問題在影響著：①基礎(chǔ)性的研究不足，影響到了更深入的研究工作；②我國(guó)的機(jī)械行業(yè)精度等級(jí)跟不上，導(dǎo)致了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)；③我國(guó)的仿造技術(shù)強(qiáng)，引進(jìn)技術(shù)卻缺乏了自身的創(chuàng)新性；④加工技術(shù)低，導(dǎo)致了低水平的生產(chǎn)，質(zhì)量和可靠性難以保證；⑤價(jià)格的不良競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)生了加工成本的昂貴，影響了其整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

綜上，特種加工技術(shù)在機(jī)械制造中發(fā)揮著重要作用，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)不可分割的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，特種加工必將不斷完善和迅速發(fā)展，因此我國(guó)的特種加工技術(shù)必須經(jīng)得起歲月的考驗(yàn)，不斷的提高生產(chǎn)精度，保證其質(zhì)量和可靠度，向國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)看齊的同時(shí)，也要發(fā)揮自身的有利條件進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展。

以上便是我學(xué)習(xí)了《特種加工》該課程的一些收獲以及個(gè)人的一些思考。