先进制造技术论文

湖南农业大学课程论文

学院：东方科技学院班级：机制一班

姓名：李荣华学号：201241903115 课程论文题目：特种加工技术概论

课程名称：先进制造技术

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日期：2015 年 12 月 2 日

特种加工技术概论

摘要：

特种加工技术是直接借助电能、热能等各种能量进行材料加工的重要工艺方法。

关键词：特种加工电火花加工电化学加工离子束加工超声波加工快速成形

引言：

由于材料科学、高新技术的发展和新产品更新换代日益加快，当今产品又要求具有很高的性价比。为此，各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械零件大量涌现。于是一种本质上区别于传统加工的特种加工便应运而生。特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响主要表现在以下几个方面：（1）提高了材料的可加工性（2）改变了零件的典型工艺路线（3）改变了试制新产品的模式（4）对产品零件的结构设计带来了很大的影响（5）重新审视了传统的结构工艺性（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。

1.电火花加工

电火花加工的原理是基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸形状及表面质量预定的加工要求。按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，电火花加工工艺大致可分为电火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花放电沉积与刻字六大类。

1.1 电火花放电沉积的基本原理与特点

电火花放电沉积的原理是利用脉冲电路的充放电原理，采用导电材料(硬质合金、石墨、合金钢、铝和铜等)作为工具电极(阳极)，在空气或特殊的气体中使之与被强化的金属工件(阴极)之间产生火花放电。当工具电极与工件达到某个距离电场强度足以使介质电离击穿时两者之间就产生火花放电，使电极端部与工件表面微区发生熔化甚至气化，熔融金属在热作用，电磁力和机械力的作用下沉积在工件表面。电极与工件的放电间隙频繁发生变化，电极与工件间不断发生火花放电，从而实现放电沉积。

1.2 极性效应

在电火花放电加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。因此，当采用窄脉冲、精加工时应选用正极性加工；当采用长脉冲、粗加工时，应采用负极性加工，此

时可得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。从提高加工生产率和减小工具损耗的角度来看，极性效应愈显著愈好，故在电火花加工中必须充分利用。当用交变的脉冲电流加工时，单个脉冲的极性效应便相互抵消，增加了工具的损耗，因此，电火花加工一般采用单向脉冲电源。

1.3 电火花加工中电极损耗分析与解决措施

电火花在整个加工过程中要受到各种干扰因素的影响, 这些干扰因素直接或间接地影响着加工质量。在电火花加工过程中电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。造成电极损耗的原因有：小面积精加工，加工件结构尺寸偏小，加工时间过长，电极装夹不当等因素。因此为了减少电极的损耗一般有以下方法：

（1）有效排除电蚀物（2）电极材料和加工参数的合理选用（3）提高加工技能和安全操作意念等等。电火花加工电极损耗和变形是一个复杂的过程。为了降低电极损耗程度, 减少变形, 除了充分利用放电过程的极性效应和吸附效应外, 同时也要选用适宜的电极材料, 并且在实际的加工过程中要根据具体的加工对象实施一定的加工技巧和选择合适的加工参数。

1.4 电火花加工的发展趋势

电火花线切割加工技术在相当长的时间里间都是采用精规准参数进行一次切割成型,其切割速度与加工表面质量之间存在着一定的矛盾。中国特有的高速走丝电火花线切割机长期存在的加工质量问题, 可以采用多次切割工艺来解决。现目前中速走丝电火花线切割机是一种价格较低, 加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走丝与慢走丝的一种机床,具有很好的发展前景。

2.电化学加工

电化学加工是利用电化学反应（或称电化学腐蚀）对金属材料进行加工的方法。与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。近期,电化学加工工艺技术研究涉及的方向主要集中在超纯水电解加工、微细加工、加工间隙的检测与控制、数字化设计与制造技术等重点领域。

2.1 电解加工的优缺点

（1）加工范围广不受金属材料本身力学性能的限制（2）电解加工的生产效率高（3）可以达到较好的表面粗糙度（4）加工过程中阴极工具在理论上不会损耗（5）加工过程中没有切削力可以不会产生残余应力和变形。但是任何一种加工方式都有它的弊

端，在电化学加工过程中也有缺点和其局限性：（1）不易达到较高的加工精度和加工稳定性（2）电极工具的设计和修正比较麻烦（3）电极加工的附属设备较多。（4）电解产物需要进行妥善的处理，否则将污染环境。

2.2 未来展望

近阶段,电解加工的研究重点及应用领域主要会集中在以下几个方向:(1) 电化学微精加工的深入研究电化学加工技术具有加工机理的独特优势以及在微精甚至在纳米

加工领域进一步研究探索的空间,但还必须在自身工艺规律认识和完善的基础上不断创新。具体应关注: ①进一步完善硬件系统,如微进给系统及微控工作台的性能及可靠性的提升;加工过程自动检测与适应控制研发的深化; ②微精加工机理的研究，尤其是中、高频率脉冲电流条件下,微精加工电化学反应系统动力学等方面的深入研究。

(2) 脉冲电源的深化研发微秒级脉冲电源的工程化完善以及在工业领域的大力推广

应用。纳秒级脉冲电源、群脉冲电源、逆变式脉冲电源的性能完善。(3) 理论成果向实际应用的转化。诸如加工间隙的检测与控制、阴极数字化设计、电解加工过程的模拟与仿真等均是电化学加工的关键技术,不能仅仅在各种基金支持下获得理论成果即束之高阁,而应尽快由实验室向工业生产现场转移。

3.离子束加工

聚焦离子束技术是一种集形貌观测、定位制样、成分分析、薄膜淀积和无掩膜刻蚀各过程于一身的新型微纳加工技术。离子束纳米加工,具有传统加工方法无可比拟的优势而逐渐成为新一代精加工方法，在微纳米加工、操纵以及器件的研制等方面具有重要应用。纳米测量学在纳米科技中起着信息采集和分析的不可替代的重要作用,纳米加工是纳米尺度制造业的核心,发展纳米测量学和纳米加工的一个重要方法就是电子束与离子束技术。

4.超声波加工

超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工。超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。其加工原理是超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。超声加工的主要特点：不受材料是