特种加工技术课程论文

特种加工技术
摘要：特种加工方法，是难切削材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。

本文介绍了特种加工技术的特点、类别，并简单地介绍了电火花加工的技术特点和最新进展。

并预测今后特种加工的发展方向，最后给予特种加工技术展望。

前言
所谓特种加工，是一种利用化学能、电能、声能、机械能以及光能和热能对金属或非金属材料进行加工的方法[1]。

其工作原理不同于传统的机械切削方法，即加工过程中工件与所用工具之间没有明显的切削力，工具材料的硬度也可低于工件材料的硬度。

特种加工技术解决了传统加工方法所遇到的各种问题，已经成为现代工业领域中不可缺少的重要加工手段和关键制造技术。

特种加工的特点
特种加工与一般机械切削加工相比，扩大了机械加工的领域。

它具有以下较为突出的特点。

（1）不用机械能，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。

（2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。

（3）微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。

（4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。

（5）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。

（6）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响。

特种加工的分类
特种加工按照所利用的能量形式来分类，具体如下:
（1）电、热能电火花加工、电子束加工、等离子加工。

（2）电、机械能离子束加工。

（3）电、化学能电解加工、电解抛光。

（4）电、化学能、机械能电解磨削、阳极机械磨削。

（5）光、热能激光加工。

（6）化学能化学加工、化学抛光。

（7）声、机械能超声加工。

（8）机械能磨料喷射加工、磨料流加工、液体喷射加工。

[2]
目前，生产实用中应用最广的是电火花加工、电火花线切割加工、激光加工、超声加工和电化学加工技术。

电火花加工
电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。

1.电火花加工的主要特点
①能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；
②加工时无切削力；
③不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；
④工具电极材料无须比工件材料硬；
⑤直接使用电能加工，便于实现自动化；
⑥加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；
⑦工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

电火花加工的主要用途是：①加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；②加工各种硬、脆材料如硬质合金和淬火钢等；③加工深细孔、异形
孔、深槽、窄缝和切割薄片等；④加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。

2.电火花加工的应用领域及最新进展
它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。

电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。

电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。

近年来，为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，取得良好的社会经济效益。

当前，电火花加工机的各项工艺指标均已达到很高的水平，机床具有了优越的性能与强大的功能。

在这种情况下，进一步发展就应该呈现出新的特点。

电加工技术的发展趋势归纳为五化：精密微细化、智能化、个性化、绿色环保化和高效化[2]。

为实现高效电火花加工，全面推动电火花加工设备的技术进步，在采用先进控制系统的同时，机床结构的设计也需要进一步完善，其研究进展主要表现在以下几方面：以往直线电机主要用在加工中心上。

目前，直线电机的使用，满足了EDM加工高速响应的特别要求。

最大驱动力高达3000N，速度可100m/min，最大加速度达1g 以上。

能消除由于电蚀产物未排除而发生的集中放电，二次放电间隙不均匀等现象也得到极大的抑制，从而改善了加工质量，提高了加工效率【3】。

在驱动方式上，过去常以滚珠丝杠驱动工作台。

近年来，不断探索采用新型的驱动方式，如具有快速响应的电磁式线性驱动装置、压电元件和磁致伸缩振子驱动装置等的应用已成为一种发展趋势，这些都有利于电火花加工速度的提高[4]。

在工作液循环过滤系统设计中，优化结构设计，最大限度地发挥工作液在加工过程中的辅助功能，以获得生产率最高的最佳加工效果。

在这方面应敢于创新并进行相应的实验尝试，不断改进优化设计方法，通过将研究成果应用于生产实践，全面提高电火花加工的加工性能。

比如苏州电加工机床研究所叶军所长等人发明设计的一种高效放电铣削加工的高效冷却及排出蚀
除物方法，其特征在于加工中将浸泡冷却、内冲液冷却及排出蚀除物、外包
液冷却及排出蚀除物三种冷却方式有机组合，有效地解决了高效放电铣削加工中冷却和排除蚀除物的难题，对高效放电铣削加工工艺的发展和应用具有实际意义[5]。

综上所述，加工过程的高效化就是提高电火花加工的效率，它不仅体现在单位放电脉冲蚀除材料量的大小上，而且体现在采用新型高效的加工工艺和改进电火花加工控制系统、工作液循环系统、机床结构等对电火花加工放电效果的影响上。

电火花加工中，在保证加工精度的前提下，应提高粗、精加工效率，同时应减少辅助加工时间，包括编程时间、工件装夹时间、维修时间等。

特种加工存在的问题
虽然特种加工已解决了传统切削加工难以加工的许多问题，在提高产品质量、生产效率和经济效益上显示出很大的优越性，但目前它还存在不少亟待解决的问题。

（1）不少特种加工的机理（如超声、激光等加工）还不十分清楚，其工艺参数选择、加工过程的稳定性均需进一步提高。

（2）有些特种加工（如快速成形、等离子弧加工等）的加工精度及生产率有待提高。

（3）有些特种加工（如激光加工）所需设备投资大、使用维修费高，亦有待进一步解决。

特种加工的发展趋势
广泛采用自动化技术、利用计算机实现对特种加工设备的控制系统、电源系统的自动控制，建立特种加工的系统，这是当前特种加工的主要发展趋势，开发由不同特种加工技术复合而成的加工方法，如电解电火花加工、电解电弧加工等复合加工，以扬长避短提高经济效益和生产率，另外还应着重于新的工艺方法的研究，不断提高加工工艺水平。

考虑到一些特种加工技术对环境的污染问题，必须要着重解决废渣、废气、废液的“三废”转化问题，向“绿色”工业及可持续发展工业转化。

参考文献
[1]孔庆华. 特种加工[M] .上海: 同济大学出版社, 1997.
【2】刘晋春特种加工北京：机械工业出版社，2004
[3] 曹凤国，翟力军，杨大勇，等.从第14 届国际电加工学术会议看电火花加工技术的发展趋势［J］.电加工与模具，2004（5）:5- 6.
[4] 徐小兵，毛利尚武.日本电火花加工技术的发展动态［J］.电加工与模具，2003（1）:2- 3.
[5] 叶军，吴国兴，万富荣，等.高效放电铣削加工的高效冷却及排出蚀除物方法［P］.中国:200410041632.9，2005-03-23.。